國際研究人員最近發現了一種新的冰的形態，稱為冰 XXI，這種新型冰在室溫下能夠在極高的壓力下壓縮水。這一成就是在德國漢堡的歐洲 XFEL 研究設施完成的，該設施擁有世界上最強大的 X 射線激光器，以及 DESY 的 PETRA III 光子源。根據研究團隊的說法，這一發現為了解水在類似於冰冷的衛星和系外行星深處的條件下的行為提供了前所未有的見解。來自 DESY HIBEF 團隊的 Rachel Husband 博士表示：「我們的研究結果表明，可能存在更多高溫亞穩定冰相及其相關的轉變路徑，這可能為冰冷的衛星的成分提供新的見解。」
溫暖的冰是一種高壓固體水的形式，能夠在室溫下保持穩定，而不會在正常條件下結冰或融化。水是地球上最熟悉的物質之一，由兩個氫 (H) 原子和一個氧 (O) 原子組成。水可以結晶成超過 20 種已知的固態相，每一種都有其獨特的分子結構。然而，由韓國標準科學研究所 (KRISS) 領導的科學家們現在已經確定了第 21 種水的相，這挑戰了現有的冰的形成模型。這種新型冰，冰 XXI，在水被迅速壓縮至超壓水時形成，並在室溫下保持穩定。這一新相同時也是亞穩定的，這意味著在其他形式的冰在這些條件下會更穩定的情況下，它也能存在一段時間。這一結果深化了研究人員對高壓下冰的形成的理解。
為了進行這項研究，團隊使用了一種鑽石壓砸裝置，這種設備可以通過將樣品夾在兩個對立的鑽石之間來產生巨大的壓力，以重建極端的行星條件。在這個裝置內，他們將水壓縮至約 2 吉帕斯卡 (GPa)，這大約是正常氣壓的 20,000 倍。在這樣的壓力下，水通常會轉變為冰 VI。然而，當水被極其快速地壓縮時，只需 10 毫秒，液體便能保持穩定，並轉變為新觀察到的冰 XXI。為了捕捉結晶的瞬間，團隊隨後轉向歐洲 XFEL，其超短的 X 射線脈衝可以以每秒數百萬次的速度記錄原子級的事件。XFEL 像一台高速攝影機，使科學家能夠拍攝水分子鎖定到新排列中的快速轉變。
在 PETRA III 的 P02.2 光束線進行的後續實驗確認了冰 XXI 擁有四方晶體結構，該結構由意外的大重複單元（稱為單元格）組成。來自 KRISS 的 Geun Woo Lee 博士表示：「使用歐洲 XFEL 的獨特 X 射線脈衝，我們揭示了 H2O 的多條結晶路徑，該物質在使用動態鑽石壓砸裝置迅速壓縮和釋放超過 1000 次的過程中形成。液態 H2O 結晶的結構取決於液體的超壓程度。」同時，來自 DESY HIBEF 團隊的 Cornelius Strohm 博士指出，樣品被放置在這種特殊壓力裝置中兩個對立的鑽石砸頭之間，這樣可以沿著受控的壓力路徑精確壓縮。Husband 博士在新聞稿中表示：「看到我們的水召喚計劃又取得了另一個卓越成果，真是太好了，這一計劃邀請科學家提出對水的創新研究。我們期待未來有更多激動人心的發現。」這項研究已發表在《自然材料》期刊中。
