科学界在水的基本性质研究中取得了突破性的进展：科学家们成功发现了第二十一种冰的形态，并将其命名为“冰XXI”。这一具有里程碑意义的发现已在权威期刊《自然—材料》（Nature Materials）上发表，它彻底颠覆了我们对H2O分子在固态下如何构建结构的传统认知，尤其是在偏离标准温度和压力范围的极端条件下。冰XXI是一种具有四方晶体结构的亚稳态相，虽然它能够在室温下存在，但其形成的前提是必须承受巨大的压缩力。
这项关键研究主要在德国的欧洲X射线自由电子激光装置（European XFEL）和PETRA III光子源（包括来自DESY的专家）的支持下进行。其中，韩国标准科学研究院（KRISS）的科学家们发挥了核心作用。实验的核心在于对水样本进行前所未有的超高速操作：研究人员使用金刚石压砧装置，在短短10毫秒内，将水压缩至高达2吉帕斯卡（GPa）的压力，这大致相当于20,000个大气压。为了精确捕捉分子结构的变化，实验重复了数千次，并以每秒一百万张图像的频率记录结晶过程，从而得以详细追踪冰的形成机制。
冰XXI的结构与科学界已知的二十种冰的变体截然不同。根据在PETRA III的P02.2光束线上进行的分析，这种新型冰的四方晶格具有异常庞大的基本晶胞，每个晶胞内包含152个水分子。来自KRISS的科学家李根宇（Geun Woo Lee）指出，正是这种快速的压缩方式，使得水能够在原本应该转化为冰VI的压力下保持液态。冰VI是一种被认为存在于土卫六（Titan）和木卫三（Ganymede）等冰卫星内部的相态，而新发现的冰XXI则展示了水在超高压下的另一种可能性。
尽管冰XXI的形成条件极为苛刻，限制了其在日常生活中的直接应用，但它对天体物理学的意义却是无可估量的。理解水在这种极端条件下的行为模式，为模拟冰态行星及其卫星的内部结构开辟了新的视野，提供了关键的数据支撑。这项知识将成为重新审视现有模型的催化剂，因为像冰XXI这样的新相态，揭示了物质隐藏的潜力。水，这种我们最熟悉的物质，展现出如此复杂的变异性，提醒着研究人员即使在最简单的系统中也蕴藏着无限的认知潜力，激励着科学家们继续探索尚未发现的高温亚稳态，以期揭示物质世界的更多奥秘。