没有一块晶体是完美的
前两讲递给你一个干净的二分：井然的晶体在一边，无序的玻璃在另一边。现实更狡猾些。即便一种材料确确实实是[[crystal|晶体]]——原子真真切切地堆在一张重复的方格上——它也从来不会完美无瑕。散布在那张完美晶格中的，是一些微小的错误：这里少了一个原子，那里楔进了一个陌生的原子，整整一平面的原子稍稍错了步。这些瑕疵被称为[[defect|缺陷]]，它们是一种比玻璃更温和、更局部的无序：在一片整洁海洋中，一座座小小的杂乱孤岛。
还有一个让人吃惊的事实：缺陷并非可有可无。热力学定律实际上要求它们存在。在绝对零度以上的任何温度，让几个原子错位，会添上一种自然所偏爱的、有益的随机性。一块完美无瑕的晶体，在绝对零度以上其实是热力学上不可能的。所以缺陷不是制造马虎的标志——它们被写进了规则里。问题从来不是晶体有没有瑕疵，而只是有多少、是哪一种。
缺失的那个原子：空位
能想象到的最简单的瑕疵，是一个空座位。拿来那张完美的方格，挪走一个原子，让它的位置空着。那个洞，就是一个[[vacancy|空位]]。它看上去几乎琐碎得不值一提——亿亿个原子里少了一个——可空位却悄悄掌管着材料中一些最重要的过程。
它们隐秘的超能力，是让原子得以移动。在一块完美、塞得满满的晶体里，没有哪个原子能挪动——无处可去。但在一个原子旁边放一个空座位，那个原子就能跳进座位，在身后留下一个新的空座位。原子向前挪，空位实际上就向后行进。这种谦卑的跳跃，正是固体得以混合、金属得以热处理、杂质得以在硅里扩散、甚至某些东西得以慢慢生锈的方式。没有空位，固体的内部将彻底冻结。
陌生人与错动：杂质与位错
现在往方格里换上另一种错误：拿来一个基体材料的原子，用别的什么东西的原子把它替换掉。那个外来的原子，就是一个[[impurity|杂质]]。有时杂质是意外溜进来的，有时——这是美妙的部分——我们以外科手术般的精心，故意把它们加进去。一个杂质原子能让材料发生与它的尺寸完全不成比例的改变。在百万个透明蓝宝石原子里掺一个铬原子，整颗宝石就变成红宝石那种深红色。一丝碳，就能把软铁变成硬钢。
这种故意添加杂质的做法，在半导体领域有个赫赫有名的名字：[[doping|掺杂]]。通过往超纯净的硅里植入几个精心挑选的外来原子，工程师们就能精确控制电流如何流过它。仅这一招，就是地球上每一只晶体管、每一块芯片、每一台计算机的根基。所以人类历史上最举足轻重的技术之一，其内核，竟是往晶体里精确添加恰到好处的杂质这门艺术。
第三种瑕疵比单个格点要大。把晶体的一排排想象成一摞摞整齐的纸，现在把一张多出来的半页纸塞进去一部分，逼得那些行不得不在它的边缘处弯折、重新接合。那条边缘——晶格在那里错开了位的一条线——就是一个[[dislocation|位错]]。和空位或杂质不同，它不是一个点，而是一条穿过晶体的线，它正是金属为什么会弯、而不是碎裂的秘密。
为什么瑕疵可以是一份礼物
认真对待那条位错，因为它颠覆直觉。你也许会猜，一块完美晶体会是可能存在的最强材料——每一根键都完好、没有一处错位。事实上，完美晶体会是脆的：要弯它，你就得一下子把整整一个平面上的每一根键都拉断，那需要巨大的力，然后它就裂了。真实金属之所以能平滑地弯曲，恰恰是因为它们充满了位错。要让金属变形，你不必一下子掰断一整个平面——你只需推着一条位错挪动，一次只断开并重新接合一根键，就像挪一张笨重的地毯时，让一道波纹从它身上走过，而不是去拖整张毯子。
所以位错正是金属之所以能被加工的原因：可锻、可弯、可拉成丝。这是[[cm-elasticity|弹性]]——以及它那更持久的表亲，那种弯过去就不回弹的形变——的核心。而强化金属的诀窍，美妙地说，是再添进更多的缺陷，去挡住位错的去路——这正是合金化和锤打所做的事。钢之所以强，不是因为它纯净完美，而是因为它被巧妙地弄得不完美。我们以瑕疵来对付瑕疵。
缺陷与电子的流动
缺陷还有一个角色，为这条学习线接下来的内容埋下伏笔。穿过完美晶体的电子，出人意料地，几乎可以毫无阻力地滑行——重复的方格让它们的波干干净净地通过。但每一个缺陷都是一处绊脚。一个空位、一个杂质、一个位错：每一个都是平滑地貌上的一个小凸起，会把路过的电子撞离正轨。缺陷越多，电子被撞得越厉害，电流就越难流动。物理学家用一个叫作[[mobility|迁移率]]的量，来刻画载流子移动得有多自由——而缺陷正是把迁移率拖下去的主要因素之一。
记住这个画面，因为下一讲会把它推向一个惊人的极端。几个零散的缺陷只是让电子慢下来。但如果无序不是井然地貌上几处孤立的凸起——如果整片地貌就是一团由随机的丘陵和山谷组成的混沌、根本没有方格呢？那么会发生比单纯减速奇怪得多的事：电子可以彻底停住，被冻在原地，哪儿也去不了。那个惊人的陷阱，就叫作安德森局域化，也是我们下一站要去的地方。