两种新的创新方法描述了如何在极高的压力和温度下测量液态铁的电阻率，比如在行星核心中发现的电阻率。在此之前，没有对超过51 GPa和2,900 K的液态铁的电阻率进行实验测量。这些发现将有助于推导出更好的理论模型来解释液态铁令人困惑的特性。
铁是地球上质量最丰富的元素。尽管铁很常见，研究也很充分，但它表现出的电和磁行为仍然让科学家们感到困惑，这些行为还没有被完全理解。特别是构成地核大部分的液态铁的物理性质一直是物理学家和地球科学家争论不休的话题。
问题是，由于确定液态铁的性质所需的极端条件，对它们的某些预测很难通过实验验证。例如，液态铁的电阻率(与导电性相反)仅在51 GPa压力和2900 K温度下测量过。这是因为在现有的高压设备中保持铁样品的形状和化学成分的完整性是具有挑战性的。
在这种情况下，东京工业大学副教授大田贤二等人的研究小组最近在极端实验条件下测量了液态铁的电学特性，取得了突破性进展。正如他们发表在《物理评论快报》上的论文所解释的那样，这要归功于他们开发的两项新技术。
这两种技术都使用了金刚石砧细胞(DAC)，通过将样品压缩在两个相对钻石的平面之间，对样品施加难以置信的高压。在第一种技术中，研究人员使用蓝宝石胶囊将铁样品装入DAC中，同时使用激光和电流对其加热。“我们的想法是在熔化过程中保持铁样品的几何形状不变，并尽量减少样品内部的温差，”Ohta博士解释说。
第二种技术涉及一种完全不同的方法。在熔化过程中，研究人员没有通过封装来保持样品的形状，而是使用强大的激光“瞬间”熔化铁。目标是在熔融样品有足够的时间改变其几何形状之前，快速并同时测量毫秒级分辨率的电阻、x射线衍射和温度。这一创新策略使该团队能够分别在高达135 GPa和6680 K的压力和温度下测量铁液的电阻率。
Ohta博士说:“我们的测量结果提供了实验限制下的铁液电阻率，压力比以前的实验高两倍以上。”
测量结果表明，铁液的电阻率随温度变化不大。此外，在更高的压力下，它与现有的理论估计相当吻合，包括在50 GPa左右的异常下降，可能表明了逐渐的磁转变。这一点很重要，因为在铁液电阻率的理论预测和实验数据之间存在一些差异，特别是在压力低于50 GPa时。
因此，这项研究的结果将有助于澄清这些差异的起源，并帮助物理学家开发更准确的铁行为模型和理论。反过来，这可能会导致对地球核心以及行星磁场等相关现象的更全面的了解。
