金屬

金屬隨處可見——咖啡裡的勺子、牆裡的銅線、欄杆上的鋼——我們靠手感就能認出它們：冰涼、閃亮、輕易就能傳導熱和電。在所有這些熟悉的性質背後，藏著一個關於它們能帶如何被填充的單一電子學事實。在能帶理論裡，讓一樣東西成為金屬的，不是它的光澤，而是它的電子恰好差一點沒把一條能帶填滿的那種方式。

金屬是這樣一種材料：它最高的那條被占據的能帶只被部分填滿，因此空態就緊挨在被佔據態上方。由於電子幾乎不需要額外能量就能溜進旁邊那些空態裡，哪怕最輕柔的電壓也能讓它們流動起來，這正是金屬導電如此自如的原因。當兩條能帶在能量上交疊、使得兩者都只被部分填滿時，一種材料也會表現得像金屬。

金屬之所以重要，是因為它們是布線、電子器件和結構工程的脊梁，而這一切都源自那條只被部分填滿的能帶。誠實的提醒是：日常語言和物理學並不一致：化學家眼裡的金屬，是由元素在週期表中的位置及其成鍵方式來定義的；而物理學家眼裡的金屬，則嚴格由「部分填滿的能帶導電」來定義。大多數被稱作金屬的東西在兩種定義下都成立，但少數材料只滿足其中一種定義，而不滿足另一種。