費米面

別只用電子在空間裡的位置去想像它們——還要用它們「怎麼動」來想像：一個快速向左飛的電子，在一張「速度地圖」上的位置，和一個緩慢向右走的電子並不相同。在這張「所有可能運動方式」的地圖上，電子同樣從平靜的中心向外填起，而把已填滿的內部區域和空著的外部分開的那個面，就是費米面。

對最簡單的自由電子模型來說，這張地圖是一個完美的球：每個方向都一樣，球的半徑標出了跑得最快的電子，也就是處在費米能上的那些。球內所有運動狀態都被佔滿；球外則全空。當你用電壓去推這塊金屬時，整個球會稍稍偏移一點，而這種偏向一側的失衡，就是電流。

它之所以重要，是因為費米面的形狀決定了一塊真實金屬如何導電、如何反光、如何回應磁場——它就像是材料的一種指紋。要誠實地補一句：在真實晶體裡，週期排列的原子會把這個面壓凹、重塑成種種美麗而複雜的形狀，遠不是自由電子模型畫出的那個簡單球面。