जल के मूलभूत गुणों के अध्ययन में वैज्ञानिक समुदाय ने एक महत्वपूर्ण उपलब्धि दर्ज की है: बर्फ के इक्कीसवें रूप की खोज की गई है, जिसे 'आइस XXI' नाम दिया गया है। यह अभूतपूर्व खोज, जिसका विवरण प्रतिष्ठित पत्रिका "नेचर मटेरियल्स" में प्रकाशित हुआ है, उन स्थापित धारणाओं को मौलिक रूप से बदलती है कि H2O अणु ठोस अवस्था में कैसे संरचित हो सकते हैं, विशेष रूप से जब मानक तापमान और दबाव की सीमाएं टूट जाती हैं। आइस XXI एक मेटास्टेबल अवस्था है जिसमें चतुष्कोणीय क्रिस्टलीय संरचना (tetragonal crystalline structure) होती है, और यह कमरे के तापमान पर प्रकट हो सकी, लेकिन इसके लिए अत्यधिक संपीड़न (colossal compression) की आवश्यकता थी।
यह शोध कार्य जर्मनी के अनुसंधान केंद्रों, जिसमें DESY के विशेषज्ञ शामिल थे, में स्थित यूरोपीय एक्स-रे लेजर XFEL और फोटोॉन स्रोत PETRA III के सहयोग से किया गया। इस कार्य में कोरिया रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड साइंस (KRISS) के वैज्ञानिकों ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। प्रयोग का सार पानी के नमूने के साथ अभूतपूर्व रूप से तीव्र हेरफेर में निहित था: इसे केवल 10 मिलीसेकंड के भीतर 2 गीगापास्कल (लगभग 20,000 वायुमंडल के बराबर) के दबाव तक संपीड़ित किया गया। इस प्रक्रिया को अंजाम देने के लिए हीरे की निहाई वाली सेल (diamond anvil cell) का उपयोग किया गया। आणविक परिवर्तनों को विस्तार से ट्रैक करने के लिए, इस प्रक्रिया को हजारों बार दोहराया गया और प्रति सेकंड दस लाख शॉट्स (one million shots per second) की आवृत्ति पर रिकॉर्ड किया गया, जिससे क्रिस्टलीकरण की प्रक्रिया को बारीकी से देखा जा सका।
यह नई संरचना विज्ञान को पहले से ज्ञात बर्फ के बीस संशोधनों से भिन्न है। इसकी चतुष्कोणीय जाली (tetragonal lattice) असामान्य रूप से बड़ी मौलिक कोशिकाओं की उपस्थिति की विशेषता रखती है, जिसमें P02.2 PETRA III बीमलाइन पर किए गए विश्लेषण के अनुसार, 152 जल अणु समाहित होते हैं। KRISS के वैज्ञानिक ग्युन वू ली (Geun Woo Lee) ने बताया कि इतनी तेजी से संपीड़न करने से पानी को उस दबाव पर भी तरल अवस्था में बनाए रखने में मदद मिली, जिस पर उसे पहले से ही आइस VI में परिवर्तित हो जाना चाहिए था। आइस VI एक ऐसी अवस्था है जिसके टाइटन और गेनीमेड जैसे बर्फीले चंद्रमाओं के गर्भ में मौजूद होने की परिकल्पना की जाती है।
हालांकि इसके निर्माण की चरम स्थितियों को देखते हुए, इस खोज का तत्काल व्यावहारिक अनुप्रयोग सीमित है, लेकिन खगोल भौतिकी (astrophysics) के लिए इसका महत्व अतुलनीय है। ऐसी परिस्थितियों में पानी के व्यवहार को समझना बर्फीले ग्रहों और उनके चंद्रमाओं की आंतरिक संरचना को मॉडल करने के लिए नए रास्ते खोलता है। यह ज्ञान मौजूदा मॉडलों पर पुनर्विचार करने के लिए उत्प्रेरक का काम करता है, क्योंकि आइस XXI जैसी प्रत्येक नई अवस्था, पदार्थ की छिपी हुई संभावनाओं को दर्शाती है। जल, जो कि एक अत्यंत परिचित पदार्थ है, की इतनी जटिल परिवर्तनशीलता का प्रदर्शन स्वयं में एक प्रमाण है कि सरलतम प्रणालियों में भी ज्ञान की असीम क्षमता छिपी हुई है, जो शोधकर्ताओं को अज्ञात उच्च-तापमान मेटास्टेबल अवस्थाओं की आगे की खोज के लिए प्रेरित करती है।