长期以来，高压铁和铁合金的熔化温度、电导率与热导率估计存在显著分歧，使地核演化和下地幔地震结构解释长期分化。近年一些模型采用较高熔化温度和热导率，导致内核形成前纯热对流驱动发电机所需的能量预算出现“新核悖论”，已有解释包括极热初始核、氧化物或硅酸盐持续出溶、或显著核放射性加热；但另一种可能是，铁合金真实熔化曲线和/或电导率并不像常假设的那样高。分歧根源在于实验与计算差异：80 GPa以上纯铁熔化曲线至少相差700 K，330 GPa计算从约6000到7000 K，140 GPa、约2400 K固铁电导率和热导率不同研究相差两倍以上，液态铁又因难以长时间保持固定形状而很少被测量。金刚石压砧熔化实验还面临三重挑战：熔化判据需对熔融转变特异且敏感、识别需快于大温度变化和化学反应、需最小化或准确校正样品温度梯度；光学判据、电检测变形和激光功率饱和等判据各有局限，X射线方法也可能探测激光热点下方或半径外较冷物质而高估熔化温度。

为应对这些挑战，卡内基科学研究所Zachary M. Geballe研究员带领的团队研究采用金刚石压砧中的微秒脉冲焦耳加热来识别熔化和测量固、液态铁电阻率。300多次可重复熔化测量表明，铁熔化曲线意外平缓：在200 GPa下，熔化曲线斜率约为6 K/GPa，熔化温度达到4160±80 K。 结合压力与铁合金成分的外推结果，并利用液态铁76 μΩ cm的电阻率测量值，研究推断核幔边界温度相对较低，约为3430 K，外核绝热热流约为9.8 TW。这表明内核形成前热对流单独即可驱动地球发电机，且当今下地幔底部完全固态。相关论文以“Melting and resistivity of iron at Earth core conditions using pulsed Joule heating”为题，发表在Science上。

研究首先把微秒脉冲焦耳加热与潜热平台判据结合：用2至5 μs电脉冲加热由KCl或KBr热绝缘的铁样品，同步测量时间分辨电流、四探针电压和温度，并以熔化潜热造成的|dT/dt|平台作为熔化判据；图1展示样品#1在52 GPa穿过熔化转变时，约4.2和6.6 μs处温度拐点分别指示熔化和凝固（图1b、图1c），显微照片标注了焦耳加热电流方向、四探针电压电极取向和测温热发射光谱采集区域（图1a），说明该方法能在极短时间窗口内同时捕捉熔融转变与电学响应。

图1. 脉冲焦耳加热示例。

为检验熔化判据的可靠性，研究在52和187 GPa反复加热冷却，发现熔化与凝固平台高度可重复（图2），52 GPa数十次测量标准差为10 K，187 GPa为60 K，凝固平台通常落在熔化平台100 K以内；151 GPa下电阻不可逆增加2.4%（图2h），187 GPa下出现热点形状拉长和温度随加热电压饱和。研究共在27—208 GPa、17个压力下记录304个熔化测量，从而把“平台”牢固地解释为熔化而非其他一级相变。

图2. 脉冲加热过程中的温度与电阻。

在此基础上，研究把304个熔化测量汇总为熔化曲线（图3主图），发现fcc和hcp铁熔化曲线在三相点89 GPa、3370±70 K相交，hcp铁在89—208 GPa范围内T_met仅从3370升至4210 K，斜率远低于此前几乎所有研究；200 GPa处与文献曲线分歧达700 K，外推到330 GPa内核边界压力分歧达1400 K，而90 GPa以内与最近两项X射线光谱熔化研究一致在±150 K以内（图3插图），表明高压铁熔化曲线比此前共识更平缓。

图3. 铁的熔化曲线与hcp-fcc相边界。

随后，研究用有限元模型拟合加热实验，以校正样品温度梯度并同时约束熔化温度、电阻率和比热（图4b—4d、图4f—4h）；模型给出约60 K的ΔT校正，综合不确定度为60±60 K，电阻率比简单模型高约15%，52和151 GPa熔化时电阻率分别为100和76 μΩ cm，液态铁在130—150 GPa、4000—5000 K为76±8 μΩ cm，对应热导率130—160 W/m/K，并粗略给出熔化附近C_V升至65±30 J/mol/K（图4d、图4h），提示可能存在理论计算尚未捕获的热力学自由度。

图4. 实验室数据的有限元拟合。

进一步，研究把电阻率与文献值比较并用Wiedemann-Franz定律估算热导率（图5a、图5b），发现本研究液态铁电阻率与大多数外核条件估计在约20%以内一致，也与7000 K高温电阻率测量相符；液态铁电阻率温度依赖很小，dlogr/dT=(4±4)×10⁻⁵ K⁻¹，熔化时电阻率跳跃小、在模型不确定度内可为零，估计上限约10%，说明液态无序增加带来的电子-声子散射增量有限。

图5. 近地球核幔边界压力下hcp和液态铁的电阻率与热导率。

据此，研究构建地核地温线并比较内核成核时与今天的状态（图6主图、插图），结合较浅熔化曲线和液态铁电阻率推断核幔边界温度为3430 K、外核绝热热流为9.8 TW，认为当今下地幔底部完全固态，除非存在高H₂O或FeO富集区域；这一结果把实验熔化曲线、液态铁电阻率与地核热演化直接连接起来。

图6. 地球地核地温线。

这项研究用微秒脉冲焦耳加热和潜热熔化判据给出了覆盖27—208 GPa的304个可重复铁熔化测量，发现高压铁熔化曲线比此前共识更平缓，并同步获得液态铁在核幔边界附近条件的电阻率和热导率。较冷的核幔边界、较低的外核绝热热流以及液态铁电阻率结果支持相对简单的地核发电机演化图景：内核形成前热对流单独可能足以驱动地球发电机，今日下地幔底部完全固态。 研究还提示，若熔化附近比热估计处于中高值，则可能存在理论计算尚未捕获的热力学自由度，这为后续检验铁在熔化前温度区间的热力学行为留下了方向。