Cộng đồng khoa học vừa ghi nhận một bước đột phá quan trọng trong việc nghiên cứu các đặc tính cơ bản của nước: khám phá ra dạng băng thứ 21, được đặt tên là Băng XXI. Khám phá này, được công bố trên tạp chí uy tín “Nature Materials”, đang làm thay đổi căn bản những hiểu biết truyền thống về cách các phân tử H2O có thể sắp xếp cấu trúc ở trạng thái rắn, đặc biệt khi vượt ra ngoài khuôn khổ nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn. Băng XXI được xác định là một pha siêu bền (metastable phase) với cấu trúc tinh thể tứ giác (tetragonal), có khả năng tồn tại ở nhiệt độ phòng, nhưng chỉ dưới tác động của một lực nén khổng lồ.
Các nghiên cứu chuyên sâu này đã được thực hiện tại các trung tâm nghiên cứu của Đức, bao gồm sự tham gia của các chuyên gia từ DESY, sử dụng cơ sở vật chất tiên tiến của Tia X Laser Điện tử Tự do Châu Âu (European XFEL) và Nguồn Photon PETRA III. Các nhà khoa học từ Viện Nghiên cứu Tiêu chuẩn và Khoa học Hàn Quốc (KRISS) đóng vai trò chủ chốt trong công trình này. Bản chất của thí nghiệm nằm ở việc thao tác mẫu nước với tốc độ chưa từng có: nó bị nén tới áp suất lên tới 2 gigapascals (GPa), tương đương khoảng 20.000 bầu khí quyển, chỉ trong vòng 10 mili giây. Để đạt được điều này, họ đã sử dụng một buồng chứa với đe kim cương (diamond anvil cell). Quá trình này được lặp lại hàng nghìn lần, và những thay đổi phân tử được ghi lại với tần suất một triệu khung hình mỗi giây, cho phép theo dõi chi tiết quá trình kết tinh.
Cấu trúc mới này khác biệt hoàn toàn so với hai mươi dạng băng đã được khoa học biết đến trước đây. Mạng lưới tứ giác của nó nổi bật bởi các ô đơn vị cơ bản lớn bất thường, mà theo phân tích trên đường tia P02.2 PETRA III, chứa tới 152 phân tử nước. Các nhà khoa học, đặc biệt là Geun Woo Lee từ KRISS, đã chỉ ra rằng việc nén nhanh chóng như vậy cho phép nước duy trì trạng thái lỏng ở mức áp suất mà lẽ ra nó phải chuyển sang Băng VI — một pha được cho là tồn tại sâu bên trong các vệ tinh băng giá như Titan và Ganymede.
Mặc dù ứng dụng thực tế ngay lập tức của khám phá này trong điều kiện sinh hoạt hàng ngày còn hạn chế do yêu cầu về điều kiện hình thành cực đoan, nhưng ý nghĩa của nó đối với vật lý thiên văn là vô cùng to lớn. Việc hiểu rõ hành vi của nước trong các chế độ áp suất và nhiệt độ cao như vậy mở ra những triển vọng mới để mô hình hóa cấu trúc bên trong của các hành tinh băng và các mặt trăng của chúng. Kiến thức này đóng vai trò là chất xúc tác để xem xét lại các mô hình hiện có, bởi vì mỗi pha mới, như Băng XXI, phản ánh những khả năng tiềm ẩn của vật chất. Bản thân việc chứng minh sự biến đổi phức tạp của nước, một chất quen thuộc, nhắc nhở chúng ta về tiềm năng nhận thức vô hạn ẩn chứa ngay cả trong những hệ thống đơn giản nhất, thúc đẩy các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm các trạng thái siêu bền nhiệt độ cao chưa được phát hiện.