韓國標準與科學研究所（Kriss 主席 Lee Ho-sung）記錄了水在 2 吉帕斯卡 (2 GPa) 以上的超高壓下，同時保持在室溫下反复凍結和融化的觀測結果。這些快速變化以微秒級（μs，百萬分之一秒）記錄。
這一成功導致了一種新的水結晶路線的確定。以及之前未知的冰相的發現。這種新認識的結構被命名為 Ice XXI，使其成為冰的第 21 種結晶形式。
高壓如何創造新的冰形態？
當溫度低於 0 °C 時，水通常會變成冰，但壓力也會導致其結晶。在適當的壓力條件下，冰可以在室溫甚至高於其正常沸點的溫度下形成。例如，在室溫下壓縮超過 0.96 GPa 的水會變成冰 VI。
在冷凍過程中，水分子之間的氫鍵網絡會以復雜的方式扭曲和重組。這些變化創造了各種各樣的冰結構。取決於環境壓力和溫度。
更詳細地了解分子重排如何發生以及在極端條件下控制它們的能力。它可以為創造地球上自然不存在的全新材料鋪平道路。
幾個世紀的冰研究達到了新的里程碑
在過去的 100 年裡，科學家通過控制壓力和溫度識別出了 20 種不同的結晶冰相*。這些相出現在超過 2000 K 的溫度範圍和超過 100 GPa 的壓力範圍內。大氣壓 (0 GPa) 和 2 GPa 之間的區域被認為是水相圖中最複雜的區域之一。它有超過 10 種不同的冰相組合在一起。
KRISS 的空間計量小組可以創建超壓縮液態。水在室溫下保持液態。儘管加壓至 2 GPa 以上，這是結晶通常所需壓力的兩倍多，但情況仍然如此。這是通過動態金剛石砧室 (dDAC**) 實現的，它是 KRISS 開發的一種高壓儀器。
傳統的金剛石砧座 (DAC) 通過擰緊螺栓來增加壓力。這個過程經常會導致壓力梯度和機械擾動，從而引發過早成核。 KRISS dDAC 通過減少機械衝擊並將壓縮時間從數十秒縮短至僅 10 毫秒 (ms)，從而減少了這些問題。這使得水被迫更深地進入 Ice VI 壓力範圍，同時仍保持液態。
捕捉新冰川階段的誕生
KRISS 科學家與國際合作夥伴合作，使用 dDAC 和歐洲 XFEL（世界上最大的自由電子 X 射線激光設備）以微秒精度監測超壓縮水的結晶。這些觀察結果揭示了在室溫下從未見過的複雜結晶路徑。這一轉變發生在一個新的冰川階段，即第 XXI 冰期，這標誌著全球首次鑑定出第 21 種冰晶形式。
研究人員還確定了 Ice XXI 的詳細結構並繪製了其路徑。與其他已知階段相比，Ice XXI 在其形成過程中表現出異常大且複雜的晶胞。晶體形狀為扁平矩形晶格。底座的兩條邊長度相同。
大型國際合作
這一發現涉及來自韓國、德國、日本、美國和英國的 33 名研究人員，以及來自歐洲 XFEL 和 DESY 的科學家。該項目由KRISS在擔任首席研究員（PI）的Lee Geun-woo博士的監督下提出並領導；
KRISS團隊由Kim Jin Kyun博士（共同第一作者，KRISS博士後研究員），Kim Yong-Jae博士（共同作者，KRISS前博士後研究員，現勞倫斯利弗莫爾國家實驗室），Lee Yun-Hee博士（共同第一作者，首席研究科學家），Kim Minju博士（共同作者，博士後研究員），Cho Yong Chan博士（共同作者，首席研究科學家）和Lee Geun-woo 博士（合著者）首席研究科學家）他們領導了實驗的設計。信息收集和結構分析使得首次識別 Ice XXI 成為可能。他們的工作代表了高壓物理學和行星科學的重大進步。
李潤熙博士說：“XXI冰的密度與木星和土星冰冷衛星內部的高壓冰層相當。這一發現可能為探索太空極端條件下生命的起源提供新線索。”
Lee Geun Woo 博士補充道：“將我們內部開發的 dDAC 技術與 XFEL 相結合，使我們能夠捕捉到傳統工具無法捕捉到的轉瞬即逝的瞬間。對超高壓和其他惡劣環境的持續研究將開闢科學的新視野。”
筆記
* 先前報導過從 Ice I 到 Ice XX 的冰範圍。 Ice I 以兩種結構形式出現：六方 Ice Ih 和立方 Ice Ic。
** dDAC 是一種高壓裝置，使用雙金剛石和壓電執行器，通過顯微鏡動態控制和觀察水樣中的壓力變化。
這項研究得到了國家科學技術研究委員會 (NST) K 4,000 級火箭發動機超高溫材料和測量技術開發計劃的支持。結果發表於 天然材料 （影響因子：38.5）10 月
