超离子态介于固态和液态之间，在超离子态物质中一部分离子如液体一般快速运动，而另一部分离子如“骨架”一般固定在物质结构中。超离子态被认为广泛存在于天王星和海王星等冰巨星内部，从而对其磁场和内部结构产生影响。

地球内部的水以含水矿物的形式存在，2021年研究人员首次报道了下地幔温压下具有黄铁矿结构的含水矿物高压相FeO₂H转变为超离子态，超离子态转变显著提升该矿物的电导率，使其明显高于下地幔中其他主要名义无水矿物，因而该矿物的存在有可能改变下地幔的电性结构，这将为研究下地幔水的分布提供重要的指示作用。

近期，中国科学院地球化学研究所李和平研究员、何宇研究员、孙士川团队与北京高压科学中心的毛和光院士，Duck Young Kim研究员和Bo Gyu Jang博士团队合作，研究发现地球内核并非传统认知的固态，而是由固态铁和流动的轻元素组成的超离子态，该成果在《Nature》发表。

地球内核处于极端的高温高压状态，而基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学方法是模拟地球深部物质状态和性质的重要研究手段，团队利用该方法在地核温压下，对铁-氢，铁-碳和铁-氧合金进行了计算模拟。研究发现了上述合金在温度升高至2500-3000 K时转变成了超离子态，在超离子态合金中，氢、碳和氧离子在铁“骨架”结构的间隙中快速扩散，表现出流体的特征。针对计算模拟中容易获得过热态，即计算模型在熔点之上仍然保持固态，利用固-液共存法对上述合金的熔点进行了约束，最终得到在内核压力下超离子态合金的熔点比纯铁低约为5500-6000 K。通过一系列温度和压力下的计算模拟，获得了固态-超离子态-液态转变相图（图1），证实了超离子态合金在内核温压下的稳定性。 

图1. 地核温压下FeH_0.25、FeC_0.0625、 FeO_0.0625的固态-超离子态-液态相

 通过模拟获得的轻元素离子的位移与时间关系，计算了轻元素离子在超离子态铁合金中的扩散系数（图2），氢、碳和氧离子扩散系数随着温度增加，有趣的是，在内核边界的条件下，其扩散系数在固体和熔体中几乎不变，表明轻元素的扩散性质在内外核并没有显著改变，因而轻元素的对流可能在内核中广泛存在。快速扩散的离子可能导致电导率的变化，然而根据计算发现超离子态铁合金离子电导率相较于电子电导率低了2-3个数量级，因此由超离子态转变导致的电导率变化几乎可以忽略不计。