韩国标准科学研究院（KRISS，院长李豪成）首次观测到水在超过2吉帕的超高压环境下，于室温条件下反复发生冻结与熔化的现象。这些快速相变过程是在微秒级时间尺度上被记录下来的。
这一突破性发现揭示了水分子的全新结晶路径，并引领科研团队找到了一种前所未见的冰相结构。该新型冰结构被命名为冰XXI，成为迄今为止被发现的第21种冰晶体形态。
高压如何塑造新型冰相
水通常在温度低于0°C时结冰，但压力同样能驱动结晶过程。在特定压力条件下，冰可以在室温甚至超过常规沸点的温度下形成。例如，室温水在压力超过0.96吉帕时会转变为冰VI。
冻结过程中，水分子间的氢键网络会发生复杂扭曲与重组。这些结构转变根据环境压力与温度的不同，可产生多样化的冰晶体结构。深入理解分子重排机制并掌握极端条件下的调控方法，将为创造地球上自然状态下不存在的全新材料开辟道路。
百年冰研究迎来里程碑
过去百年间，科学家通过调控压力与温度已发现20种不同的晶态冰相。这些冰相存在于横跨2000开尔文温区与超100吉帕压强的广阔相图区间。其中常压至2吉帕区域被视为水相图中最复杂的区域，聚集着十余种不同的冰相。
韩国标准科学研究院空间计量课题组成功创造出超压缩液态水——在室温条件下保持液态的同时承受超过2吉帕压强，这达到常规结晶所需压强的两倍以上。该成果得益于该院自主研发的动态金刚石压砧装置，该设备通过将压缩时间从数十秒缩短至10毫秒，显著降低机械冲击，使水在深入冰VI压力区间时仍维持液态。
捕捉新冰相诞生瞬间
研究团队联合国际合作伙伴，将动态金刚石压砧装置与欧洲XFEL（全球最大X射线自由电子激光装置）相结合，以微秒精度监测超压缩水的结晶过程。观测结果揭示了室温下复杂且前所未有的结晶路径，这些转变过程通过新型冰XXI相完成，标志着第21种晶态冰的全球首次确认。
研究人员同步解析了冰XXI的精细结构，并绘制出其形成的多重路径。与已知冰相相比，冰XXI具有异常庞大复杂的晶胞结构，其晶体几何形态为基底边长相等的扁平矩形晶格。
跨国科研协作成果
这项发现汇聚了来自韩国、德国、日本、美国、英国33位研究人员，以及欧洲XFEL与DESY研究机构的科学家。项目由韩国标准科学研究院李根雨博士作为首席研究员提案并主导。
研究院团队包括金珍均博士（共同第一作者）、金容载博士（共同第一作者）、李允熙博士（共同第一作者）、金敏周博士（合著者）、赵勇灿博士（合著者）及李根雨博士（通讯作者）。他们通过实验设计、数据采集与结构分析实现了对冰XXI的首次鉴定，标志着高压物理与行星科学的重大进展。
李允熙博士表示：“冰XXI的密度与木星、土星冰卫星内部的高压冰层相当，这一发现可能为探索宇宙极端环境下生命起源提供新线索。”
李根雨博士强调：“通过将自主研发的动态金刚石压砧技术与XFEL相结合，我们成功捕捉到了传统仪器无法触及的瞬态现象。对超高压及其他极端环境的持续探索将为科学研究开启新纪元。”
本研究由韩国国家科学技术研究会4000K级火箭发动机超高温材料与测量技术开发项目支持，成果发表于10月出版的《自然·材料》（影响因子：38.5）。
