类似于中国古代哲学中的阴阳概念，自然科学中有许多有趣的物理现象是互斥的，例如流动性和形状，一般来说一个物体要么具有特定形状（成为固体），要么具有流动性（液体或气体），不能二者兼而有之。又或如光学透明性和金属导电性，二者也是相互排斥的。科学常识告诉我们，透明的材料必然不是金属。这是由于无论以什么晶体方式存在的金属（或导体），其中的自由电子（或载流子）都会吸收所有的可见光并再以光子的方式发射出吸收的绝大部分能量，这就是金属具有高反照特性的原因，也是其不透明的根源之一。当然，如果金属或导体做到极薄（小于光学厚度）是可以透过一部分光线的，例如智能手机上的导电薄膜，但在块体材料中，导电的物体是无法让可见光通过的。

同时具备金属的导电性能和水晶般的光学透明性在当前的智能信息社会中有重要的应用价值，虽然在透明的材料表面镀上一层超薄的导体或在其中嵌入金属丝可解决部分应用需求（其伴生问题是导致强度下降、耐用性不好等），但透明而导电的块体材料的应用空间显然要更为广阔得多。事实上完全透明的金属在理论是不存在的，媒体多方炒作的美国军方开发的所谓“透明金属”——透明铝（Transparent Aluminum，Aluminum Oxynitride）实际上并非金属，而是一种铝基陶瓷，具有化学式(AlN)x·(Al2O3)1−x，其具有光学透明性不足为奇。

光学透明性实际上反映的是一个材料如何对电磁波（例如无线电波、微波、红外光、可见光和紫外光等）进行响应。当一个电磁波照射到物体上，其中的带电粒子会随电磁振荡运动，并产生光的反射和吸收等物理过程。在经典物理学中，电子和原子核是连续运动的，因此任何这样的物质都会对光产生吸收。但是在量子力学中，情形完全不同，能量的量子化使得其中电子和离子的能量变化只能是离散的，这在凝聚介质中这导致能隙的出现，即物体只对频率大于能隙的入射光产生响应（吸收或反射），而频率低于能隙的光则可以自由穿过物体。由于金属(或导体)就是能隙闭合的材料，因此任何导体都会反射和吸收光，只有绝缘体（具有有限的能隙）具有光学透明性。

一个很有启发性的问题是，如此奇妙的量子现象可否允许光学透明性和金属导电性的同时存在，特别是在单质金属中？事实上根据量子力学，只要入射光的频率大于金属材料的等离子体频率而小于吸收边，则都允许有一定的光学通过率，然而一般金属的等离子体频率非常高，位于远紫外区，因此金属一般只对特定频谱范围的X光透明，但在可见光区具有高反射率和吸收率。如果我们可以通过调控金属的电子结构，将其等离子体频率降至红外或远红外，则有可能获得光学透明的金属。最新的理论研究显示这是完全有可能的，当然代价是需要在导电性能和光学透明性上都要有所牺牲。新的理论预测最简单的单质金属——锂在高压下有可能变为一种半透明的弱金属，为设计开发完全透明的金属迈出重要一步。

在通常条件下锂是简单金属的典型代表，它具有非常简单的立方结构以及近似球形的费米面。但在压缩状态下，由于电子结构的急剧变化，锂的行为变得十分诡异：结构变得越来越复杂，甚至发生十分反常的金属-非金属-金属相变，并伴随电子的晶格间隙位的局域化，形成奇特的电子化合物。正是电子的这一独特行为，使得单质锂在重新转变到金属态后具有良好的光学透明性：其复杂的电子结构使得在低频区域出现多个带内和带间的等离子体振荡峰，并导致光学反射率的大幅下降。与低压的绝缘体相oC40结构相比，金属相的oC24结构高密度锂具有好得多的可见光透明度，其中反射率下降约42%，光学吸收系数下降约68%。研究还显示，这一奇特的反直觉光学特性源于费米面附近的特殊电子结构，其锥形特征可为进一步设计实用化的透明金属提供启发和有益的参考。

资料来源：

Z. Yu, Hua Y. Geng (耿华运), Y. Sun, and Y. Chen, Optical properties of dense lithium in electride phases by first-principles calculations, Sci. Rep. 8, 3868 (2018). 原文链接