水是生命之源，關于的水的研究不可謂不多。
雖然水分子只有2種元素，3個原子，似乎世界上最簡單的分子之一，確也是最難捉摸的分子之一。
理論模擬表明，深度過冷的水在高密度形式和低密度形式之間會發生轉變，但是這種轉變很難進行實驗研究，因為往往在超快速結冰的條件下才能出現這種情況。
有鑒于此，斯德哥爾摩大學Anders Nilsson等人首次通過實驗證實了超冷水的液-液轉變過程。
圖1. 實驗裝置
研究人員通過紅外飛秒脈沖對高密度無定形冰等溫加熱至約200K，在加熱過程中，壓力增加時產生了大量高密度的過冷液態水，并結合X-射線激光的幫助下快速確定分子結構。
圖2. SAXS
由于樣品的密度在超快加熱過程中得以保留，因此，研究人員得以估計高密度液相中的初始內部壓力為2.5至3.5KPa。加熱后，樣品迅速膨脹，飛秒X射線激光脈沖在不同的泵浦探測延遲時間捕獲了減壓過程。作者發現了不連續的結構變化，其中出現了低密度液相域，并在20納秒至3微秒的時間范圍內增長，而結晶發生在3到50微秒的時間范圍內，速度要慢得多，兩個過程的動力學相隔一個以上數量級。
圖3. 分子動力學模擬
這項研究表明，為大量的過冷水中的液-液過渡提供了實驗證據，為水的基本物理性質研究提供了新的見解。
參考文獻：
KyungHwan Kim et al. Experimental observation of the liquid-liquid transition inbulk supercooled water under pressure. Science 2020, 370, 978-982.
https://science.sciencemag.org/content/370/6519/978
