极端条件：116GPa压力，4077℃下的液态铁！

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由于探测实验的复杂性，人类尚不能精确测定地心的成分。而在Yasuhiro Kuwayama等人发表于《物理评论快报》的报导中，介绍了在接近地心的温度和压力（116GPa，4077℃）下测定液态铁性能的新方法，为解决这一问题提供了新的思路。相关结果还被nature review materials报道。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.165701

报道链接：

https://www.nature.com/articles/s41578-020-0211-3

铁是地心的主要元素，但并不是唯一元素。自Francis Birch在1952年提出“地心的成分可能比纯铁轻”以来，地心成分的测定就成为地球科学中最重要的议题之一。通过地震数据，可以直接探测地心的密度和纵向声速。将这些数据与纯铁在相似条件下的数据进行比较，是确定地心组成及性能的关键。

不过，要确定在极端温度和压力下液态铁的密度并不容易。首先，需要同时满足高温、高压，并能维持足够的时间来进行测试。第二，由于现有分析技术手段的高度不确定性，在极端条件下测定无序材料的密度非常非常繁琐。第三，测试需要非常明亮且高度聚焦的X射线。

“液态铁发出的信号弱于固态铁，为了测量液态样品，过去20年里我们在日本的SPring-8同步加速器光源上开发了非常明亮且高度聚焦的X射线，并针对高压实验进行了优化。”Kuwayama称。研究人员采用了激光加热的金刚石砧室来进行静态压缩实验，并且引入新方法分析液体中X射线的散射以求得铁的密度。由此他们得以确定，地球外地核的密度比纯铁小8%左右。

“结果还显示，外地核的氧浓度低于3.8 wt%”，Kuwayama补充道，“一直以来氧被认为是地心主要的轻质元素，但这次结果表明地心还含有其它杂质元素。”杂质元素的种类和含量决定了地心的物理性能，如粘度、导热性、导电性，并且能够为研究地球的起源和发展提供信息。

值得一提的是，这种利用X射线散射信号分析液体密度的新方法可以用于任一材料，为科学研究带来了新方向。“我们发明的用于液态材料的分析技术，同样适用于熔融态的岩石，目前我们准备运用该技术对熔融态岩石进行研究，以探索地球深处岩浆的特性。”Kuwayama总结道。（文：疾风）

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