科学家发现第21种冰相，揭示水的固态形式远比想象复杂。
11月8日，科技媒体phys于10月10日发表文章指出，水的固态形式远比我们想象中更为复杂。由韩国标准与科学研究院（KRISS）主导的国际研究团队宣布发现第21种冰的相态，并将其命名为“冰XXI”。
在标准大气压下，我们通常认为冰是水唯一的固态形式，只有当温度低于0°C时才会形成。由KRISS主导的国际科研团队打破了这一传统认知，证实除了温度之外，极端压力同样是影响水分子结构、促使水结晶成冰的重要因素。这一重大发现不仅拓展了人类对水的认识，也标志着材料科学领域取得了一项重要突破。
实际上，通过调节温度和压力，科学家能够使水分子以不同的方式排列，形成多种结构的晶体，这些不同形态的固态水被称为“冰相”。
在过去一个世纪里，科学界已经识别出至少20种不同的冰相。“冰XXI”的发现，使这个独特的“家族”成员数量增加到了21个，进一步揭示了水这种地球上最常见物质的复杂与神奇。 水的形态远比我们想象的更加丰富和多变。从常见的固态、液态到气态，再到科学家在极端条件下发现的多种冰相，水展现出令人惊叹的多样性。每一次新冰相的发现，都是对自然规律更深层次的理解，也提醒我们，即便是在看似熟悉的事物中，仍蕴藏着无数未解之谜。
创造“冰XXI”的关键在于一项名为“动态金刚石压砧（dDAC）”的先进技术。与传统设备缓慢加压的方式不同，dDAC能够在短短10毫秒内对水样品施加高达2吉帕（GPa）的压力，这相当于约2万倍地球表面的大气压。
这种高效且精准的压缩方法，避免了加压过程中产生不必要的结晶，促使水分子形成了一种此前未被发现、结构更为复杂的晶体形态，即“冰XXI”。
为了捕捉这一瞬息万变的过程，团队借助了欧洲XFEL提供的超快X射线脉冲，这种技术如同一台每秒可拍摄百万帧的超级摄像机，极大地提升了对微观过程的观测能力。 我认为，这项技术的应用标志着科学研究在时间分辨率上的重大突破。通过如此高速的成像手段，科学家能够更精确地观察物质内部的动态变化，为材料科学、化学反应机制等领域带来全新的研究视角。这不仅推动了基础科学的发展，也为未来的技术创新奠定了坚实的基础。
在一次10毫秒加压和1秒减压的循环中，X射线激光以微秒级的时间间隔捕捉到水分子结构的变化，清晰地呈现出冰XXI形成的“分子电影”。随后，在PETRAIII光束线上的实验进一步精确确定了其晶体结构。
分析结果显示，冰XXI展现出一种独特的四方晶体结构，其晶胞异常巨大，这与目前已知的所有冰相都有显著差异。研究人员指出，液态水在超高压条件下结晶时，所形成的结构取决于其被“过压缩”的程度。这一发现揭示了水的结晶过程远比此前设想的更为复杂，可能还存在更多尚未被发现的高温亚稳态冰相。 这一研究成果令人振奋，它不仅拓展了我们对水在极端条件下的行为认知，也提示科学家需要重新审视水的相变机制。随着实验技术的进步，未来或许能揭示更多隐藏在高压环境中的神秘冰相，进一步推动材料科学和地球物理学的发展。
附上参考地址
Multiple freezing–melting pathways of high-density ice through ice XXI phase at room temperature
