吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室刘寒雨教授与新加坡南洋理工大学Redfern教授等学者合作，在地球深部高压强条件下的挥发性元素铁合金研究方面取得新进展。研究成果4月18日在线发表于Nature Communications [15, 3320 (2024)]。

挥发性元素在地球内部的丰度分配研究一直是地球科学领域的一个研究热点。一方面，人们常常从传统观点出发，利用“挥发性趋势”曲线来解释观察到的一些挥发性元素丰度缺失现象。尽管如此，部分研究表明某些元素的缺失程度与“挥发性趋势”并不完全相符。另一方面，由于地球深部存在巨大的铁核，它是由外部的液态铁和内部为固态铁组成，大部分研究普遍认为该固态铁具有六角密排堆积的晶体结构，即hcp-Fe。而且地震波数据也表明铁核可能混入一些轻质元素，如S、Si等。因此，这里存在一个科学问题：是否一些挥发性元素可在地球内部极端高压强条件下与铁反应，进而以少量掺杂的形式存在于地球固态铁核内？

基于以上分析，为研究挥发性元素是否可能存储于地核中，我们首先构建了大量挥发性元素掺入hcp-Fe的结构模型，并进一步开展了系统的第一性原理计算研究。能量计算结果表明，一些挥发性元素可能存在于hcp-Fe的结构内部，不仅如此，研究结果也说明高压是一个强有力工具，可以改变挥发元素的亲铁性，即令一些非亲铁性的挥发元素趋于亲铁行为。这些研究结果表明，一些挥发性元素可能存在于地核中，这为后续研究挥发性元素在地球内部丰度分配提供了理论参考。

吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室的田艺帆博士研究生为本文第一作者，张培育博士、张微副教授和南洋理工大学的冯晓蕾博士、Redfern教授为论文的合作者，刘寒雨教授为本文通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、吉林大学高层次科技创新团队等项目资助，相关计算在吉林大学高性能计算中心完成。