為了解釋水的異常行為，理論研究者提出了多種模型。其中“兩種液態(tài)模型(two-liquid model)”在理論模擬中越來越受支持。該模型提出在過冷區(qū)域的一個臨界點以下存在著高密度水和低密度水，該臨界點稱為水的第二臨界點。然而，理論計算中預(yù)測的低密度水和高密度水一直沒有得到實驗證實，這是因為高密水和低密度水存在于被稱為水的“無人區(qū)”(~150K<T<232K)的區(qū)域中。在此區(qū)域中，無序相(包括液態(tài)水和玻璃態(tài)非晶冰)都很快晶化，因此很難被實驗觀察到。

       由北京高壓科學(xué)研究中心的林傳龍和楊文革研究員負責(zé)的一項研究中，利用快速加(卸)載技術(shù)結(jié)合快速原位的時間分辨X射線衍射技術(shù)成功進入了水的無人區(qū)，在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)了高密度非晶態(tài)水(PRL,121, 225703(2018))，此高密度非晶態(tài)在快速卸載條件下可以轉(zhuǎn)化為多年理論預(yù)言但實驗一直沒有被證實的低密度液態(tài)水(PNAS 115, 2010-1015(2018))。

       在靜態(tài)加載條件下，通常我們看到的冰(又稱為冰的第一相，ice I)會直接轉(zhuǎn)化成冰的第二相(ice II)。而在快速壓縮的過程中，冰的第一相先轉(zhuǎn)化成高密度玻璃態(tài)或液態(tài)水，在進一步壓縮時轉(zhuǎn)化成冰的其他晶體相。同樣，在快速卸載的過程中，高密度玻璃態(tài)或液態(tài)水的晶化行為會受到抑制，其因快速卸載而來不及晶化，會直接轉(zhuǎn)化為低密度水。

       “快速加(卸)載技術(shù)在我們合成高、低密度非晶態(tài)或液態(tài)水中起著至關(guān)重要的作用，而時間分辨快速探測技術(shù)是我們能夠觀察到這些中間相的眼睛”，林傳龍研究員說到。

       另一方面，對水的系列研究中表明，快速加(卸)載壓縮可以抑制材料晶體相的形成，從而形成非晶相。“就如金屬熔體因快速降溫而來不及晶化，從而形成玻璃態(tài)金屬。我們相信快速加(卸)載技術(shù)也會幫助我們在其他物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)更多有趣的中間相，包括非晶材料”，楊文革研究員提到。