晶体动量

在空旷的真空里自由运动的东西，都带着一份动量——衡量它沿某个方向带有多少冲劲。一个在晶体里滑行的电子，也带着某种很像动量、却又不完全相同的东西，因为晶体那重复的排布改变了游戏规则。物理学家把这个替身称作“晶体动量”：它是个标签，说明一列电子波正以何种方式行进于这片周期性的格子之中。

确切地说，晶体动量就是给每个布洛赫态贴上的那个波矢——倒易空间里、布里渊区内的一个点。它支配着电子对推力的响应：一个外加的力会平滑地改变晶体动量，正如真实的力改变普通动量一样。但有一处玄机：由于格子在重复，晶体动量只能定义到相差一个倒易格矢的程度，所以相差一个这样的矢量的两个标签，描述的其实是同一列物理波。它在碰撞中也只是“对格子自身的贡献取模”后才守恒。

它之所以重要，是因为晶体动量是描述固体中电子与波一切行为的天然语言：它们如何在场中加速、如何碰撞、能量又如何随着穿过能带结构的运动而变化。一个诚实的提醒：晶体动量并不是真正的机械动量。格子能悄悄地吸收或供出一整块动量（每次一个倒易格矢），这恰恰使得诸如倒逆散射这样的过程成为可能——这也正是我们采用这个更谨慎的名字的原因。