การเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิทำให้เกิดเฟสต่างๆ ของน้ำแข็งซึ่งมีคุณสมบัติและรูปทรงโมเลกุลที่แตกต่างกัน ปัจจุบันมีการสังเกตเฟสผลึก 22 เฟส รวมถึงน้ำแข็ง I _h , I _c , ..., XXI ^{[ 1 ] [ 2 ]}ในประวัติศาสตร์สมัยใหม่ เฟสต่างๆ ถูกค้นพบผ่านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ด้วยเทคนิคต่างๆ รวมถึงการเพิ่มความดันการใช้แรงสารก่อนิวเคลียสและอื่นๆ

บนโลกน้ำแข็งส่วนใหญ่พบในเฟส Ice I _h ที่มีโครงสร้างหกเหลี่ยม เฟสอื่นๆ ที่พบได้น้อยกว่าอาจพบได้ในชั้นบรรยากาศและใต้ดินเนื่องจากความดันและอุณหภูมิที่รุนแรงกว่า เฟสบางชนิดถูกผลิตขึ้นเพื่อใช้ในระดับนาโนเนื่องจากคุณสมบัติของมัน ในอวกาศ น้ำแข็งอสัณฐานเป็นรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุด ซึ่งได้รับการยืนยันจากการสังเกตการณ์ ดังนั้นจึงมีการตั้งทฤษฎีว่ามันเป็นเฟสที่พบได้บ่อยที่สุดในจักรวาล เฟสอื่นๆ อีกหลายชนิดอาจพบได้ตามธรรมชาติในวัตถุทางดาราศาสตร์

ของเหลวส่วนใหญ่จะแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงขึ้นภายใต้ความดันที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากความดันช่วยยึดโมเลกุลเข้าด้วยกัน อย่างไรก็ตาม พันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรงในน้ำทำให้แตกต่างออกไป: สำหรับความดันบางค่าที่สูงกว่า 0.10 MPa (1 atm) น้ำจะแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 °C เมื่ออยู่ภายใต้ความดันที่สูงขึ้นและอุณหภูมิที่แตกต่างกัน น้ำแข็งสามารถก่อตัวได้ใน 19 เฟสผลึกที่รู้จักกัน ด้วยความระมัดระวัง อย่างน้อย 15 เฟสเหล่านี้ (หนึ่งในข้อยกเว้นที่รู้จักคือน้ำแข็ง X) สามารถกู้คืนได้ที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิต่ำในรูปแบบที่ไม่เสถียร^{[ 3 ] [ 4 ]}ประเภทต่างๆ แตกต่างกันโดยโครงสร้างผลึก การเรียงตัวของโปรตอน^{[ 5 ]}และความหนาแน่น นอกจากนี้ยังมี เฟส ที่ไม่เสถียรของน้ำแข็งภายใต้ความดันอีก 2 เฟส ซึ่งทั้งสองเฟสมีการเรียงตัวของไฮโดรเจนที่ไม่เป็นระเบียบอย่างสมบูรณ์ ได้แก่ น้ำแข็ง IV และน้ำแข็ง XII

โครงสร้างผลึกที่ยอมรับกันของน้ำแข็งธรรมดาได้รับการเสนอครั้งแรกโดยLinus Paulingในปี 1935 โครงสร้างของน้ำแข็ง I _hคือแลตติสเวิร์ตไซต์ซึ่งโดยประมาณแล้วประกอบด้วยระนาบหยักที่ประกอบด้วยวงแหวนหกเหลี่ยมที่เรียงต่อ กัน โดยมีอะตอม ออกซิเจนอยู่ที่จุดยอดแต่ละจุด และขอบของวงแหวนเกิดจากพันธะไฮโดรเจนระนาบสลับกันในรูปแบบ ABAB โดยระนาบ B เป็นการสะท้อนของระนาบ A ตามแกนเดียวกันกับระนาบเองกลุ่มพื้นที่คือ P6 ₃ /mmc ^{[ 6 ]}ระยะห่างระหว่างอะตอมออกซิเจนตามพันธะแต่ละพันธะอยู่ที่ประมาณ 275  pmและเท่ากันระหว่างอะตอมออกซิเจนที่เชื่อมต่อกันสองอะตอมใดๆ ในแลตติส มุมระหว่างพันธะในแลตติสผลึกใกล้เคียงกับมุมเตตระเฮดรัลที่ 109.5° ซึ่งค่อนข้างใกล้เคียงกับมุมระหว่างอะตอมไฮโดรเจนในโมเลกุลน้ำ (ในสถานะแก๊ส) ซึ่งคือ 105°

มุมพันธะทรงสี่หน้าของโมเลกุลน้ำนี้เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้โครงสร้างผลึกมีความหนาแน่นต่ำผิดปกติ – การจัดเรียงโครงสร้างผลึกด้วยมุมทรงสี่หน้าเป็นประโยชน์แม้ว่าจะมีการสูญเสียพลังงานจากปริมาตรที่เพิ่มขึ้นของโครงสร้างผลึกก็ตาม ผลก็คือ วงแหวนหกเหลี่ยมขนาดใหญ่เหลือพื้นที่เกือบพอให้โมเลกุลน้ำอีกโมเลกุลหนึ่งอยู่ภายในได้ นี่จึงทำให้น้ำแข็งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีคุณสมบัติพิเศษคือมีความหนาแน่นน้อยกว่าในรูปของเหลว วงแหวนหกเหลี่ยมที่เชื่อมต่อด้วยพันธะไฮโดรเจนในมุมทรงสี่หน้ายังเป็นกลไกที่ทำให้น้ำเหลวมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 °C ใกล้ 0 °C โครงสร้างผลึกน้ำแข็งหกเหลี่ยมขนาดเล็กคล้าย Ih จะก่อตัวขึ้น_ในน้ำเหลว โดยมีความถี่มากขึ้นเมื่อใกล้ 0 °C ผลกระทบนี้ทำให้ความหนาแน่นของน้ำลดลง ทำให้ความหนาแน่นสูงสุดอยู่ที่ 4 °C เมื่อโครงสร้างเหล่านี้ก่อตัวขึ้นไม่บ่อยนัก

ในรูปแบบน้ำแข็งที่รู้จักกันดีที่สุด คือ น้ำแข็ง I _hโครงสร้างผลึกมีลักษณะเฉพาะคืออะตอมออกซิเจนก่อตัวเป็นสมมาตรหกเหลี่ยมโดยมีมุมพันธะใกล้เคียงกับ เต ตระเฮดรัลโครงสร้างนี้มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิต่ำถึง −268 °C (5 K; −450 °F) ดังที่พิสูจน์ได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์^{[ 7 ]}และการวัดการขยายตัวทางความร้อนที่มีความละเอียดสูงมาก^{[ 8 ]}น้ำแข็ง I _hยังมีเสถียรภาพภายใต้ความดันที่ใช้สูงถึงประมาณ 210 เมกะปาสคาล (2,100 บรรยากาศ) ซึ่งจะเปลี่ยนไปเป็นน้ำแข็ง III หรือน้ำแข็ง II ^{[ 9 ]}

แม้ว่าน้ำแข็งส่วนใหญ่จะเป็นผลึก แต่ก็มีน้ำแข็งในรูปอสัณฐาน (หรือ "แก้ว") อยู่หลายรูปแบบ น้ำแข็งชนิดนี้เป็นของแข็งที่ไม่มีโครงสร้างของน้ำ ซึ่งขาดความเป็นระเบียบในระยะยาวในการจัดเรียงโมเลกุล น้ำแข็งอสัณฐานเกิดขึ้นได้จากการ ทำให้ น้ำเหลวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว จนถึง อุณหภูมิเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว (ประมาณ 136 เคลวิน หรือ −137 องศาเซลเซียส) ในเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาที (ดังนั้นโมเลกุลจึงไม่มีเวลาเพียงพอที่จะสร้างโครงผลึก ) หรือโดยการอัดน้ำแข็งธรรมดาที่อุณหภูมิต่ำ รูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดบนโลกคือน้ำแข็งความหนาแน่นต่ำ ซึ่งมักเกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการโดยการสะสมโมเลกุลของไอน้ำอย่างช้าๆ ( การตกตะกอนของไอน้ำทางกายภาพ ) บนพื้นผิวผลึก โลหะที่เรียบมากภายใต้อุณหภูมิ 120 เคลวิน ในอวกาศคาดว่าจะเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันบนพื้นผิวที่เย็นหลากหลายชนิด เช่น อนุภาคฝุ่น^{[ 10 ]}ในทางตรงกันข้าม น้ำแก้วไฮเปอร์คว็องช์เกิดขึ้นจากการพ่นละอองน้ำละเอียดลงในของเหลว เช่น โพรเพน ที่อุณหภูมิประมาณ 80 K หรือจากการไฮเปอร์คว็อง ช์หยดน้ำขนาด ไมโครเมตร ละเอียด บนตัวยึดตัวอย่างที่รักษาอุณหภูมิไว้ที่ไนโตรเจนเหลว 77 K ในสุญญากาศ อัตราการทำความเย็นที่สูงกว่า 10 ⁴  K/s เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการตกผลึกของหยดน้ำ ที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว 77 K น้ำแก้วไฮเปอร์คว็องช์มีเสถียรภาพทางจลนศาสตร์และสามารถเก็บรักษาไว้ได้นานหลายปี

น้ำแข็งอสัณฐานมีคุณสมบัติในการยับยั้งความผันผวนของความหนาแน่นในระยะยาว ดังนั้นจึงเกือบจะเป็นไฮเปอร์ยูนิฟอร์ม [ ^{11 ] การ} วิเคราะห์ การจำแนกประเภทชี้ให้เห็นว่าน้ำแข็งอสัณฐานที่มีความหนาแน่นต่ำและสูงเป็นแก้ว^{[ 12 ]}

น้ำแข็งจากน้ำซูเปอร์ไอออนิกตามทฤษฎีอาจมีโครงสร้างผลึกสองแบบ ที่ความดันเกิน 50 GPa ( 7,300,000 psi  ) น้ำแข็งซูเปอร์ไอออนิก ดังกล่าว จะมี โครงสร้าง ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัวอย่างไรก็ตาม ที่ความดันเกิน 100 GPa ( 15,000,000 psi )  โครงสร้างอาจเปลี่ยนไปเป็น โครงสร้าง ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้าที่ มีความเสถียรมากกว่า การประมาณการบางอย่างชี้ให้เห็นว่าที่ความดันสูงมากประมาณ 1.55 TPa ( 225,000,000 psi )  น้ำแข็งจะพัฒนาคุณสมบัติโลหะ^{[ 14 ]}

น้ำแข็ง น้ำ และไอน้ำสามารถอยู่ร่วมกันได้ที่จุดสามสถานะซึ่งอยู่ที่ 273.16 เคลวิน (0.01 องศาเซลเซียส) ที่ความดันหนึ่ง611.657  Pa . ^{[ 16 ] [ 17 ]}เคลวินถูกกำหนดให้เป็น⁠1/273.16⁠ของความแตกต่างระหว่างจุดสามสถานะนี้กับศูนย์สัมบูรณ์ [ ^{18 ]}แม้ว่าคำจำกัดความนี้จะเปลี่ยนไปในเดือนพฤษภาคม 2019 ^{[ 19 ]}ต่างจากของแข็งอื่นๆ ส่วนใหญ่ น้ำแข็งนั้นยากที่จะทำให้ร้อนเกิน ในการทดลอง น้ำแข็งที่อุณหภูมิ −3 °C ถูกทำให้ร้อนเกินจนถึงประมาณ 17 °C เป็น ^เวลาประมาณ 250 พิ โควินาที^{[ 20 ]}

ความร้อน แฝงของการหลอมเหลวคือ5987 J/molและความร้อนแฝงของการระเหิดคือ50 911  J/molความร้อนแฝงของการระเหิดที่สูงนั้นบ่งชี้ถึงความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนในโครงผลึกเป็นหลัก ความร้อนแฝงของการหลอมเหลวนั้นน้อยกว่ามาก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะน้ำเหลวที่อุณหภูมิใกล้ 0 °C ก็มีพันธะไฮโดรเจนจำนวนมากเช่นกัน ในทางตรงกันข้าม โครงสร้างของน้ำแข็ง II นั้นมีการเรียงตัวของไฮโดรเจน ซึ่งช่วยอธิบายการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปี 3.22 J/mol เมื่อโครงสร้างผลึกเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างของน้ำแข็ง I นอกจากนี้ น้ำแข็ง XI ซึ่งเป็นรูปแบบออร์โธรอมบิกที่มีการเรียงตัวของไฮโดรเจนของน้ำแข็ง I _hนั้น ถือเป็นรูปแบบที่เสถียรที่สุดที่อุณหภูมิต่ำ

เอนโทรปีการเปลี่ยนผ่านจากน้ำแข็ง XIV ไปเป็นน้ำแข็ง XII คาดว่าจะอยู่ที่ 60% ของเอนโทรปีของ Pauling โดยอิงจากการวัด DSC ^{[ 21 ]}การก่อตัวของน้ำแข็ง XIV จากน้ำแข็ง XII จะเกิดขึ้นได้ง่ายกว่าที่ความดันสูง^{[ 22 ]}

เมื่อน้ำแข็งอสัณฐานที่มีความหนาแน่นปานกลางถูกบีบอัด ปล่อยออก แล้วให้ความร้อน มันจะปล่อยพลังงานความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก ซึ่งแตกต่างจากน้ำแข็งชนิดอื่น ๆ ที่จะกลับคืนสู่รูปแบบปกติหลังจากได้รับการบำบัดในลักษณะเดียวกัน^{[ 23 ]}

อะตอมไฮโดรเจนในโครงผลึกวางตัวเกือบขนานไปกับพันธะไฮโดรเจน และในลักษณะที่โมเลกุลน้ำแต่ละโมเลกุลยังคงอยู่ ซึ่งหมายความว่าอะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมในโครงผลึกจะมีไฮโดรเจนสองอะตอมอยู่ติดกัน โดยอยู่ที่ประมาณ 101 pm ตามความยาวพันธะ 275 pm สำหรับน้ำแข็ง Ih โครงผลึกช่วยให้เกิดความไม่เป็นระเบียบในตำแหน่งของอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกแช่แข็งในโครงสร้างได้มากพอสมควรในขณะที่เย็นตัวลงจนถึงศูนย์สัมบูรณ์ ผลที่ได้คือโครงสร้างผลึกมีเอนโทรปีตกค้าง บาง ส่วนที่อยู่ในโครงผลึกและถูกกำหนดโดยจำนวนการจัดเรียงตำแหน่งไฮโดรเจนที่เป็นไปได้ที่สามารถเกิดขึ้นได้ในขณะที่ยังคงรักษาข้อกำหนดสำหรับอะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมที่จะมีไฮโดรเจนเพียงสองอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด และพันธะไฮโดรเจนแต่ละพันธะที่เชื่อมอะตอมออกซิเจนสองอะตอมจะมีอะตอมไฮโดรเจนเพียงอะตอมเดียว^{[ 24 ]}เอนโทรปีตกค้างS ₀ นี้ เท่ากับ3.4 ± 0.1 J⋅mol ⁻¹ ⋅K ⁻¹ = R ln(1.50 ± 0.02) . ^{[ 25 ]}

มีวิธีการประมาณค่าตัวเลขนี้จากหลักการพื้นฐานหลายวิธี ต่อไปนี้คือวิธีที่Linus Paulingใช้^{[ 26 ] [ 27 ]}

สมมติว่ามีโมเลกุลน้ำจำนวนNโมเลกุลอยู่ในโครงสร้างผลึกน้ำแข็ง ในการคำนวณเอนโทรปีส่วนเหลือ เราต้องนับจำนวนรูปแบบการจัดเรียงตัวที่โครงสร้างผลึกน้ำแข็งสามารถมีได้ อะตอมออกซิเจนจะตรึงอยู่ที่จุดของโครงสร้างผลึกน้ำแข็ง แต่อะตอมไฮโดรเจนจะอยู่ที่ขอบของโครงสร้างผลึกน้ำแข็ง ปัญหาคือการเลือกปลายด้านหนึ่งของแต่ละขอบโครงสร้างผลึกน้ำแข็งเพื่อให้อะตอมไฮโดรเจนยึดเกาะ โดยที่ยังคงมั่นใจได้ว่าอะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมจะยึดเกาะกับอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอม

อะตอมออกซิเจนสามารถแบ่งออกเป็นสองชุดในรูปแบบตารางหมากรุก ดังแสดงในภาพเป็นลูกบอลสีดำและสีขาว ให้พิจารณาอะตอมออกซิเจนในชุดหนึ่ง: มีจำนวนN /2อะตอม แต่ละอะตอมมีพันธะไฮโดรเจนสี่พันธะ โดยมีไฮโดรเจนสองอะตอมอยู่ใกล้และสองอะตอมอยู่ไกลออกไป นั่นหมายความว่ามีรูปแบบการจัดเรียงตัวของไฮโดรเจนที่เป็นไปได้สำหรับอะตอมออกซิเจนนี้ (ดูสัมประสิทธิ์ทวินาม ) ดังนั้นจึงมี6 ^{N /2}รูปแบบการจัดเรียงตัวที่สอดคล้องกับ อะตอม N /2อะตอมเหล่านี้ แต่ลองพิจารณาอะตอมออกซิเจนที่เหลืออีกN /2อะตอม: โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะไม่สอดคล้อง (กล่าวคือ พวกมันจะไม่มีไฮโดรเจนสองอะตอมอยู่ใกล้ๆ) สำหรับแต่ละอะตอมเหล่านั้น จะมี2⁴ = 16 ตำแหน่งที่เป็นไปได้ของการวางอะตอมไฮโดรเจนตามพันธะไฮโดรเจน ซึ่ง 6 ^{ตำแหน่ง}นั้นเป็นไปได้ ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว เราคาดว่าจำนวนรูปแบบการจัดเรียงตัวทั้งหมดจะเป็น ${\textstyle {\tbinom {4}{2}}=6}$$${\displaystyle 6^{N/2}(6/16)^{N/2}=(3/2)^{N}.}$$

เมื่อใช้สูตรเอนโทรปีของโบลต์ซมันน์เราสรุปได้ว่า โดยที่kคือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์และRคือค่าคงที่ของแก๊สโมลาร์ดังนั้น เอนโทรปีตกค้างโมลาร์คือ$${\displaystyle S_{0}=k\ln(3/2)^{N}=nR\ln(3/2),}$$${\displaystyle R\ln(3/2)=}$3.37 J⋅mol ⁻¹ ⋅K ⁻¹ .

สามารถหาคำตอบเดียวกันได้ด้วยวิธีอื่น ขั้นแรก ให้จัดวางโมเลกุลน้ำแต่ละโมเลกุลแบบสุ่มในแต่ละรูปแบบที่เป็นไปได้ทั้ง 6 แบบ จากนั้นตรวจสอบว่าขอบแต่ละด้านของโครงตาข่ายมีอะตอมไฮโดรเจนอยู่เพียงหนึ่งอะตอมเท่านั้น โดยสมมติว่าขอบของโครงตาข่ายเป็นอิสระต่อกัน ความน่าจะเป็นที่ขอบด้านใดด้านหนึ่งจะมีอะตอมไฮโดรเจนอยู่เพียงหนึ่งอะตอมคือ 1/2 และเนื่องจากมี ขอบทั้งหมด 2 ^N ด้าน เราจึงได้จำนวนรูปแบบทั้งหมด เท่ากับ เช่นเดียว กับที่กล่าวมาแล้ว ${\displaystyle 6^{N}\times (1/2)^{2N}=(3/2)^{N}}$

การประมาณค่านี้ดูไร้เดียงสา เพราะถือว่าการจัดเรียงไฮโดรเจน 6 ใน 16 แบบสำหรับอะตอมออกซิเจนในชุดที่สองสามารถเลือกได้อย่างอิสระ ซึ่งไม่ถูกต้อง ควรใช้วิธีการที่ซับซ้อนกว่านี้เพื่อประมาณจำนวนการจัดเรียงที่เป็นไปได้ที่แม่นยำยิ่งขึ้น และได้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกับค่าที่วัดได้ Nagle (1966) ใช้การรวมอนุกรมเพื่อหาค่า^{[ 28 ]}${\displaystyle R\ln(1.50685\pm 0.00015)}$

เพื่อเป็นตัวอย่างประกอบของการปรับปรุง ลองพิจารณาวิธีการปรับปรุงวิธีประมาณค่าที่สองที่ให้ไว้ข้างต้นดังต่อไปนี้ ตามวิธีนี้ โมเลกุลน้ำหกโมเลกุลในวงแหวนหกเหลี่ยมจะทำให้เกิดการจัดเรียงได้ อย่างไรก็ตาม จากการนับอย่างชัดเจน พบว่ามีการจัดเรียงถึง 730 แบบ ในแลตทิซ อะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมมีส่วนร่วมในวงแหวนหกเหลี่ยม 12 วง ดังนั้นจึงมีวงแหวนทั้งหมด 2N วงสำหรับอะตอมออกซิเจน N อะตอม หรือ 2 วงสำหรับอะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอม ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ปรับปรุงแล้ว^{[ 29 ]}${\displaystyle 6^{6}\times (1/2)^{6}=729}$${\displaystyle R\ln(1.5\times (730/729)^{2})=R\ln(1.504)}$

เฟสเหล่านี้ได้รับการตั้งชื่อตาม ระบบการตั้งชื่อของ Bridgmanเฟสส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิและความดันต่างกันเท่านั้น^{[ 30 ]}

คุณสมบัติของน้ำแข็ง II ได้รับการอธิบายและบันทึกครั้งแรกโดยGustav Tammannในปี 1900 ระหว่างการทดลองกับน้ำแข็งภายใต้ความดันสูงและอุณหภูมิต่ำ หลังจากผลิตน้ำแข็ง III แล้ว Tammann จึงลองควบแน่นน้ำแข็งที่อุณหภูมิระหว่าง −70 ถึง −80 °C (203 ถึง 193 K; −94 ถึง −112 °F) ภายใต้ความดัน 200 MPa ( 2,000 atm) Tammann สังเกตว่าในสถานะนี้ น้ำแข็ง II มีความหนาแน่นมากกว่าที่เขาเคยสังเกตเห็น ใน  น้ำแข็ง III เขายังพบว่าน้ำแข็งทั้งสองชนิดสามารถคงสภาพเสถียรได้ที่ความดันบรรยากาศ ปกติ ตราบใดที่อุณหภูมิยังคงอยู่ที่อุณหภูมิของอากาศเหลวซึ่งจะทำให้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างกลับไปเป็นน้ำแข็ง I ช้า_ลง^{[ 48 ]}

ในการทดลองต่อมาของบริดจ์แมนในปี 1912 พบว่าความแตกต่างของปริมาตรระหว่างน้ำแข็ง II และน้ำแข็ง III อยู่ในช่วง 0.0001 m³ ^/ kg (2.8 cu in/lb) ความแตกต่างนี้ไม่ได้รับการค้นพบโดยแทมมันน์เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงมีขนาดเล็ก และเป็นเหตุผลที่เขาไม่สามารถกำหนดเส้นโค้งสมดุลระหว่างทั้งสองได้ เส้นโค้งแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากน้ำแข็ง III ไปเป็นน้ำแข็ง II มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นได้ง่ายกว่าหากตัวกลางเคยอยู่ในโครงสร้างของน้ำแข็ง II มาก่อน อย่างไรก็ตาม หากได้ตัวอย่างน้ำแข็ง III ที่ไม่เคยอยู่ในสถานะน้ำแข็ง II มาก่อน ก็สามารถทำให้เย็นยิ่งยวดได้ต่ำกว่า −70 °C โดยไม่เปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง II ในทางกลับกัน การทำให้ร้อนยิ่งยวดของน้ำแข็ง II นั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะรักษารูปทรงเดิมไว้ บริดจ์แมนพบว่าเส้นโค้งสมดุลระหว่างน้ำแข็ง II และน้ำแข็ง IV นั้นคล้ายคลึงกับน้ำแข็ง III มาก โดยมีคุณสมบัติความเสถียรและการเปลี่ยนแปลงปริมาตรเล็กน้อยเช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตาม เส้นโค้งระหว่างน้ำแข็ง II และน้ำแข็ง V ^นั้นแตกต่างกันอย่างมาก โดยฟองของเส้นโค้งนั้นแทบจะเป็นเส้นตรง และความแตกต่างของปริมาตรเกือบจะเท่ากับ0.000 0545  m³ /kg (1.51 cu in/lb) เสมอ ^{[ 48 ]}

เนื่องจากน้ำแข็ง II มีการเรียงตัวของไฮโดรเจนอย่างสมบูรณ์ การปรากฏตัวของคู่ที่ไม่เป็นระเบียบจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจอย่างมาก Shephard et al. ^{[ 89 ]}ได้ตรวจสอบขอบเขตเฟสของน้ำแข็งที่เติม NH ₄ F เนื่องจาก มีรายงานว่า NH _{4 F เป็นสารที่ทำให้ไฮโดรเจนไม่เป็นระเบียบ อย่างไรก็ตาม การเติม NH 4} F 2.5 mol% ส่งผลให้น้ำแข็ง II หายไปแทนที่จะเกิดน้ำแข็ง II ที่ไม่เป็นระเบียบขึ้น จากการคำนวณ DFC โดย Nakamura et al. ^{[ 90 ]}ขอบเขตเฟสระหว่างน้ำแข็ง II และคู่ที่ไม่เป็นระเบียบนั้นคาดว่าจะอยู่ในบริเวณเสถียรภาพของน้ำเหลว

งานวิจัยในปี 1981 โดย Engelhardt และ Kamb ได้อธิบายโครงสร้างผลึกของน้ำแข็ง IV ผ่านการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของผลึกเดี่ยวที่อุณหภูมิต่ำ โดยอธิบายว่าเป็นเซลล์หน่วยรูปทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนที่มีกลุ่มพื้นที่ R-3c ^{[ 91 ]}งานวิจัยนี้กล่าวว่าโครงสร้างของน้ำแข็ง IV สามารถได้มาจากโครงสร้างของน้ำแข็ง Ic โดยการตัดและสร้างพันธะไฮโดรเจนบางส่วนและเพิ่มการบิดเบี้ยวของโครงสร้างเล็กน้อย Shephard et al. ^{[ 92 ]}ได้บีบอัดเฟสแวดล้อมของ NH ₄ F ซึ่งเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างเหมือนกับน้ำแข็ง เพื่อให้ได้ NH ₄ F II ซึ่งมีเครือข่ายพันธะไฮโดรเจนคล้ายกับน้ำแข็ง IV เนื่องจากการบีบอัดน้ำแข็ง Ih ส่งผลให้เกิดน้ำแข็งอสัณฐานความหนาแน่นสูง (HDA) ไม่ใช่น้ำแข็ง IV พวกเขาจึงอ้างว่าการเปลี่ยนน้ำแข็ง I เป็นน้ำแข็ง IV ที่เกิดจากการบีบอัดนั้นมีความสำคัญ โดยตั้งชื่อว่า "การยุบตัวของ Engelhardt–Kamb" (EKC) พวกเขาเสนอว่าเหตุผลที่เราไม่สามารถได้น้ำแข็ง IV โดยตรงจากน้ำแข็ง Ih นั้นเป็นเพราะน้ำแข็ง Ih มีการเรียงตัวของไฮโดรเจนที่ไม่เป็นระเบียบ หากอะตอมออกซิเจนเรียงตัวอยู่ในโครงสร้างน้ำแข็ง IV พันธะไฮโดรเจนอาจไม่เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่ตรงกันระหว่างผู้ให้และผู้รับ^{[ 93 ] [ 94 ]}

ลักษณะที่ไม่เป็นระเบียบของน้ำแข็ง IV ได้รับการยืนยันจาก การศึกษา การเลี้ยวเบนของนิวตรอนผงโดย Lobban (1998) ^{[ 95 ]}และ Klotz et al. (2003) ^{[ 96 ]}นอกจากนี้ ความแตกต่างของเอนโทรปีระหว่างน้ำแข็ง VI (เฟสที่ไม่เป็นระเบียบ) และน้ำแข็ง IV มีขนาดเล็กมาก ตามการวัดของ Bridgman ^{[ 97 ]}

มีการเสนอสารก่อผลึกอินทรีย์หลายชนิดเพื่อตกผลึกน้ำแข็ง IV จากน้ำเหลวแบบเลือกได้^{[ 98 ]}แต่ถึงแม้จะมีสารก่อผลึกดังกล่าว การตกผลึกน้ำแข็ง IV จากน้ำเหลวก็ยังทำได้ยากมากและดูเหมือนจะเป็นเหตุการณ์แบบสุ่ม ในปี 2001 Salzmann และเพื่อนร่วมงานได้รายงานวิธีการใหม่ทั้งหมดในการเตรียมน้ำแข็ง IV ที่สามารถทำซ้ำได้ [ ^{99 ] เมื่อ}น้ำแข็งอสัณฐานความหนาแน่นสูง (HDA)ถูกให้ความร้อนด้วยอัตรา 0.4 K/นาที และความดัน 0.81 GPa น้ำแข็ง IV จะตกผลึกที่อุณหภูมิประมาณ 165 K สิ่งที่ควบคุมผลิตภัณฑ์การตกผลึกคืออัตราการให้ความร้อน การให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว (มากกว่า 10 K/นาที) ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของน้ำแข็ง XII เฟสเดียว

ยังไม่มีรายงานเกี่ยวกับคู่ขนานที่มีระเบียบของน้ำแข็ง IV มาก่อน งานวิจัยในปี 2011 โดยกลุ่มของ Salzmann รายงานเทอร์โมแกรม DSC ของน้ำแข็ง IV ที่เจือด้วย HCl โดยพบคุณลักษณะดูดความร้อนที่ประมาณ 120 K ^{[ 100 ]} สิบปีต่อมา Rosu-Finsen และ Salzmann (2021) รายงานข้อมูล DSC ที่ละเอียดมากขึ้น โดยคุณลักษณะดูดความร้อนมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อตัวอย่างถูกทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วภายใต้ความดันที่สูงขึ้น พวกเขาเสนอสามสถานการณ์เพื่ออธิบายผลการทดลอง ได้แก่ การเรียงตัวของไฮโดรเจนที่อ่อนแอ การเปลี่ยนสถานะแก้วเชิงทิศทาง และการบิดเบี้ยวทางกล^{[ 101 ]}

น้ำแข็ง VII เป็นเฟสน้ำแข็งที่ไม่เป็นระเบียบเพียงเฟสเดียวที่สามารถจัดเรียงได้ด้วยการทำความเย็นแบบง่ายๆ (ในขณะที่น้ำแข็ง I _hในทางทฤษฎีจะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง XI ที่จัดเรียงโปรตอนได้ในระดับเวลาทางธรณีวิทยา ในทางปฏิบัติจำเป็นต้องเติมตัวเร่งปฏิกิริยา KOH ในปริมาณเล็กน้อย) มันก่อตัวเป็นน้ำแข็ง VIII (ที่จัดเรียงแล้ว) ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 273 K จนถึงประมาณ 8 GPa เหนือความดันนี้ อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน VII–VIII จะลดลงอย่างรวดเร็ว จนถึง 0 K ที่ประมาณ 60 GPa ^{[ 102 ]}ดังนั้น น้ำแข็ง VII จึงมีขอบเขตความเสถียรที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาเฟสโมเลกุลของน้ำแข็งทั้งหมด โครงสร้างย่อยของออกซิเจนแบบลูกบาศก์ที่ประกอบเป็นแกนหลักของโครงสร้างน้ำแข็ง VII ยังคงอยู่จนถึงความดันอย่างน้อย 128 GPa ^{[ 103 ]}ความดันนี้สูงกว่าความดันที่น้ำสูญเสียลักษณะโมเลกุลไปโดยสิ้นเชิงและก่อตัวเป็นน้ำแข็ง X อย่างมาก ในน้ำแข็งที่มีความดันสูง การแพร่ของโปรตอน (การเคลื่อนที่ของโปรตอนรอบโครงสร้างแลตติสของออกซิเจน) จะมีอิทธิพลเหนือการแพร่ของโมเลกุล ซึ่งเป็นผลที่วัดได้โดยตรง^{[ 104 ]}

น้ำแข็ง XI เป็นรูปแบบที่มีการเรียงตัวของไฮโดรเจนของน้ำแข็งในรูปแบบปกติพลังงานภายใน ทั้งหมด ของน้ำแข็ง XI ต่ำกว่าน้ำแข็ง I _h ประมาณหนึ่งในหก ดังนั้นโดยหลักการแล้วควรจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเมื่อน้ำแข็ง I _hถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่า 72  Kอุณหภูมิต่ำที่จำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงนี้มีความสัมพันธ์กับความแตกต่างของพลังงานที่ค่อนข้างต่ำระหว่างโครงสร้างทั้งสอง^{[ 105 ]}มีการสังเกตพบร่องรอยของการเรียงตัวของไฮโดรเจนในน้ำแข็งตั้งแต่ปี 1964 เมื่อ Dengel และคณะได้ระบุว่าจุดสูงสุดในกระแสการลดขั้วที่กระตุ้นด้วยความร้อน (TSD) เกิดจากการมีอยู่ของเฟสเฟอร์โรอิเล็กทริกที่มีการเรียงตัวของโปรตอน^{[ 106 ]}อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่สามารถพิสูจน์ได้อย่างแน่ชัดว่าการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้น และ Onsager ชี้ให้เห็นว่าจุดสูงสุดอาจเกิดจากการเคลื่อนที่ของข้อบกพร่องและความไม่สมบูรณ์ของโครงสร้างแลตติส Onsager แนะนำให้นักทดลองมองหาการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในความจุความร้อนโดยการทำการทดลองแคลอริเมตริกอย่างระมัดระวัง การเปลี่ยนเฟสไปเป็นน้ำแข็ง XI ได้รับการระบุจากการทดลองครั้งแรกในปี พ.ศ. 2515 โดย Shuji Kawada และคณะ^{[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]}

โมเลกุลน้ำในน้ำแข็ง I _{h ถูกล้อมรอบด้วยพันธะ} ไฮโดรเจนแบบกึ่งสุ่ม 4 พันธะ การจัดเรียงดังกล่าวควรเปลี่ยนไปเป็นการจัดเรียงพันธะไฮโดรเจนที่เป็นระเบียบมากขึ้นซึ่งพบในน้ำแข็ง XI ที่อุณหภูมิต่ำ ตราบใดที่การกระโดดของโปรตอนเฉพาะที่ยังคงเกิดขึ้นได้เพียงพอ ซึ่งกระบวนการนี้จะง่ายขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น^{[ 110 ]}ในทำนองเดียวกัน เชื่อกันว่าน้ำแข็ง XI มีจุดสามสถานะกับน้ำแข็งหกเหลี่ยมและน้ำในสถานะก๊าซที่ (~72 K, ~0 Pa) น้ำแข็ง I _hที่เปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง XI แล้วกลับมาเป็นน้ำแข็ง I _hอีกครั้ง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น จะยังคงรักษาโดเมนที่มีการจัดเรียงไฮโดรเจนบางส่วนไว้ และสามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นน้ำแข็ง XI ได้ง่ายขึ้น^{[ 111 ]}การศึกษาการเลี้ยวเบนของนิวตรอนผงพบว่าโดเมนที่มีการจัดเรียงไฮโดรเจนขนาดเล็กสามารถคงอยู่ได้ถึง 111 K ^{[ 112 ]}

มีความแตกต่างที่ชัดเจนในสเปกตรัมรามานระหว่างน้ำแข็ง I _hและ XI โดยน้ำแข็ง XI แสดงยอดที่แรงกว่ามากในบริเวณการเลื่อน (~230 cm ⁻¹ ) การสั่น (~630 cm ⁻¹ ) และการยืดแบบไม่สมมาตรในเฟส (~3200 cm ⁻¹ ) ^{[ 113 ] [ 114 ]}

น้ำแข็ง I _{c ยังมีรูปแบบการเรียงตัว} ^ของโปรตอนด้วย พลังงานภายในทั้งหมดของน้ำแข็ง XI _cถูกทำนายว่าคล้ายกับน้ำแข็ง XI _h [ ^{115 ]}

น้ำแข็ง XI เป็นเฟอร์โรอิเล็กทริกหมายความว่ามีโพลาไรเซชันโดยธรรมชาติ เพื่อให้มีคุณสมบัติเป็นเฟอร์โรอิเล็กทริก จะต้องแสดงการสลับโพลาไรเซชันภายใต้สนามไฟฟ้าด้วย ซึ่งยังไม่ได้รับการพิสูจน์อย่างแน่ชัด แต่ถือว่ามีความเป็นไปได้โดยปริยาย^{[ 116 ]}น้ำแข็งลูกบาศก์ก็มีเฟสเฟอร์โรอิเล็กทริกเช่นกัน และในกรณีนี้ คุณสมบัติเฟอร์โรอิเล็กทริกของน้ำแข็งได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลองบนฟิล์มบางชั้นเดียว^{[ 117 ]}ในการทดลองที่คล้ายกัน ชั้นเฟอร์โรอิเล็กทริกของน้ำแข็งหกเหลี่ยมถูกปลูกบนพื้นผิวแพลทินัม (111) วัสดุมีโพลาไรเซชันที่มีความยาวการลดลง 30 ชั้นเดียว ซึ่งบ่งชี้ว่าสามารถปลูกชั้นบางๆ ของน้ำแข็ง XI บนพื้นผิวที่อุณหภูมิต่ำได้โดยไม่ต้องใช้สารเจือปน^{[ 118 ]} น้ำแข็ง XI เฟอร์โรอิเล็กทริกแบบนาโนจำกัดหนึ่งมิติถูกสร้างขึ้นในปี 2010 ^{[ 119 ]}

แม้ว่าเฟสหลักของน้ำแข็ง VI จะถูกค้นพบในปี 1935 แต่รูปแบบที่มีการเรียงตัวของโปรตอนที่สอดคล้องกัน (น้ำแข็ง XV) ก็ยังไม่ได้รับการสังเกตจนกระทั่งปี 2009 ในทางทฤษฎี การเรียงตัวของโปรตอนในน้ำแข็ง VI ได้รับการทำนายไว้หลายครั้ง ตัวอย่างเช่น การคำนวณ ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นทำนายว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสคือ 108 K และโครงสร้างที่มีการเรียงตัวที่เสถียรที่สุดคือแอนติเฟอร์โรอิเล็กทริกในกลุ่มพื้นที่Ccในขณะที่โครงสร้างแอนติเฟอร์โรอิเล็กทริกP 2 ₁ 2 ₁ 2 ₁ถูกพบว่ามีพลังงานสูงกว่า 4 K ต่อโมเลกุลน้ำ^{[ 120 ]}

เมื่อวันที่ 14 มิถุนายน พ.ศ. 2552 คริสตอฟ ซาลซ์มันน์และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดได้รายงานการค้นพบเฟสที่มีระเบียบของน้ำแข็ง VI ซึ่งตั้งชื่อว่าน้ำแข็ง XV และกล่าวว่าคุณสมบัติของมันแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากที่คาดการณ์ไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง น้ำแข็ง XV เป็นแอนติเฟอร์โรอิเล็กทริกแทนที่จะเป็นเฟอร์โรอิเล็กทริกตามที่คาดการณ์ไว้^{[ 121 ] [ 122 ]}

โดยละเอียด น้ำแข็ง XV มีความหนาแน่นน้อยกว่า (ปริมาตรเซลล์หน่วยใหญ่กว่า) น้ำแข็ง VI ทำให้การเปลี่ยนจากความไม่เป็นระเบียบไปสู่ความเป็นระเบียบจาก VI ไปเป็น XV เกิดขึ้นได้ง่ายกว่าที่ความดันต่ำ อันที่จริงการวัดแคลอรีเมตรีแบบสแกนเชิงอนุพันธ์โดย Shephard และ Salzmann เปิดเผยว่าการให้ความร้อนซ้ำแก่น้ำแข็ง XV ที่เติม HCl แล้วฟื้นคืนสภาพจากการดับเย็นที่ความดันบรรยากาศยังก่อให้เกิดความร้อนคายที่เกิดจากการจัดเรียงชั่วคราว กล่าว คือได้น้ำแข็ง XV ที่มีระเบียบมากขึ้นที่ความดันบรรยากาศ สอดคล้องกับเรื่องนี้ การเปลี่ยนจากน้ำแข็ง VI ไปเป็น XV สามารถย้อนกลับได้ที่ความดันบรรยากาศ^{[ 123 ]}นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการเติม HCl มีประสิทธิภาพในการสร้างน้ำแข็ง XV อย่างเลือกสรร ในขณะที่กรดและเบสอื่นๆ (HF, LiOH, HClO ₄ , HBr) ไม่ได้ช่วยเพิ่มการก่อตัวของน้ำแข็ง XV อย่างมีนัยสำคัญ^{[ 124 ]}

โครงสร้างผลึกของน้ำแข็ง XV ได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดโดยอาศัยการเลี้ยวเบนของนิวตรอน ผง นักวิจัยบางคนแนะนำว่า เมื่อรวมกับการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นแล้ว ไม่มีการจัดเรียงเชิงทิศทางที่เป็นระเบียบสมบูรณ์แบบใดๆ ที่เป็นไปได้ซึ่งได้รับความโปรดปรานทางพลังงาน ซึ่งหมายความว่ามีการจัดเรียงที่ใกล้เคียงกันทางพลังงานหลายแบบที่อยู่ร่วมกันในน้ำแข็ง XV พวกเขาเสนอว่า 'กลุ่มพื้นที่ออร์โธรอมบิก Pmmnเป็นกลุ่มพื้นที่ที่น่าจะเป็นไปได้ในการอธิบายโครงสร้างเฉลี่ยเวลา-พื้นที่ของน้ำแข็ง XV' ^{[ 125 ]} นักวิจัยคนอื่นๆ โต้แย้งว่า แบบจำลอง P -1 ยังคงเป็นแบบจำลองที่ดีที่สุด (โดยมี P 2 ₁เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดอันดับสอง) ในขณะที่การปรับแต่ง Rietveld โดยใช้กลุ่มพื้นที่ Pmmn ทำงานได้ดีเฉพาะกับตัวอย่างที่มีการจัดเรียงไม่ดีเท่านั้น พารามิเตอร์แลตติซ โดยเฉพาะbและcเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีของการก่อตัวของน้ำแข็ง XV เมื่อรวมการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น พวกเขาสร้างแบบจำลองที่มีลำดับสมบูรณ์ในP -1 ได้สำเร็จ และแสดงให้เห็นว่าข้อมูลการเลี้ยวเบนเชิงทดลองควรได้รับการวิเคราะห์โดยใช้กลุ่มพื้นที่ที่อนุญาตให้มีการเรียงตัวของไฮโดรเจนอย่างสมบูรณ์ ในขณะที่แบบจำลอง Pmmn ยอมรับเฉพาะโครงสร้างที่มีลำดับบางส่วนเท่านั้น^{[ 126 ]}

ในปี 2559 มีการประกาศการค้นพบน้ำแข็งรูปแบบใหม่^{[ 82 ]}น้ำแข็งรูปแบบใหม่นี้มีลักษณะเป็น "น้ำแข็งพรุนที่ไม่เสถียรที่อุณหภูมิบรรยากาศ" โดยถูกค้นพบโดยการนำน้ำแข็งที่เต็มแล้วมากำจัดส่วนประกอบที่ไม่ใช่น้ำออกไป เหลือไว้เพียงโครงสร้างผลึก คล้ายกับวิธีการสังเคราะห์น้ำแข็ง XVI ซึ่งเป็นน้ำแข็งพรุนอีกรูปแบบหนึ่ง จากแคลทเรตไฮเดรต ^{[ 127 ] [ 128 ]}

เพื่อสร้างน้ำแข็ง XVII นักวิจัยได้ผลิตน้ำแข็งที่เต็มในเฟสเสถียรที่ชื่อว่า C ₀จากส่วนผสมของไฮโดรเจน (H ₂ ) และน้ำ (H ₂ O) โดยใช้อุณหภูมิตั้งแต่ 100 ถึง 270 K (−173 ถึง −3 °C; −280 ถึง 26 °F) และความดันตั้งแต่ 360 ถึง 700 MPa (52,000 ถึง 102,000 psi; 3,600 ถึง 6,900 atm) และ C _{2 ล้วน}เป็นเฟสของแข็งที่เสถียรของส่วนผสมของโมเลกุล H ₂และ H ₂ O ที่เกิดขึ้นที่ความดันสูง^{[ 127 ] [ 83 ]}แม้ว่าบางครั้งจะถูกเรียกว่าแคลทเรตไฮเดรต (หรือแคลทเรต) แต่ก็ขาดโครงสร้างคล้ายกรงที่มักพบในแคลทเรตไฮเดรต และควรเรียกว่าน้ำแข็งที่เต็มมากกว่า^{[ 127 ]}จากนั้นน้ำแข็งที่บรรจุเต็มจะถูกวางไว้ในสุญญากาศ และอุณหภูมิจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจนกระทั่งไฮโดรเจนหลุดออกจากโครงสร้างผลึก^{[ 83 ]}หากเก็บไว้ในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 110 ถึง 120 K (−163 ถึง −153 °C; −262 ถึง −244 °F) หลังจากประมาณสองชั่วโมง โครงสร้างจะไม่มีโมเลกุลไฮโดรเจนที่ตรวจพบได้เหลืออยู่^{[ 82 ]}รูปแบบที่ได้จะอยู่ ในสภาวะกึ่ง เสถียรที่ความดันห้องในขณะที่อุณหภูมิต่ำกว่า 120 K (−153 °C; −244 °F) แต่จะยุบตัวกลายเป็นน้ำแข็ง I _h (น้ำแข็งธรรมดา) เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 130 K (−143 °C; −226 °F) ^{[ 83 ]}โครงสร้างผลึกมีลักษณะเป็นรูปหกเหลี่ยม และรูพรุนเป็น ช่องทาง เกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6.10  Å (6.10 × 10 ⁻¹⁰  ม.; 2.40 × 10 ⁻⁸  นิ้ว) ^{[ 82 ] [ 83 ]}

มีรายงานในปี 2020 ว่าสามารถสร้าง น้ำแข็งลูกบาศก์โดย ใช้น้ำหนักมาก (D2O _{) จากน้ำแข็ง XVII ได้} ^{[ 32 ]}โดยทำได้โดยการให้ความร้อนผงน้ำแข็ง XVII ที่เตรียมด้วย _{D2O โดยเฉพาะ} ^{[ 32 ]}ผลลัพธ์ที่ได้ปราศจากความผิดปกติทางโครงสร้างเมื่อเทียบกับน้ำแข็งลูกบาศก์มาตรฐาน หรือน้ำแข็ง I _sd ^{[ 32} ] การค้นพบนี้ได้รับการรายงานในช่วงเวลาเดียวกันกับที่กลุ่มวิจัยอีกกลุ่มหนึ่งประกาศว่าพวกเขาสามารถได้รับน้ำแข็งลูกบาศก์ D2O บริสุทธิ์ได้_โดย^การสังเคราะห์น้ำแข็งที่บรรจุเต็มในเฟส C2 ก่อน_แล้วจึงลดความดันลง^{[ 129 ]}

ในกรณีที่ไม่มีสนามไฟฟ้า ภายนอก ไอออนH ⁺ จะแพร่กระจายในโครงผลึก^O2−

เมื่อมีการให้สนามไฟฟ้าไอออน H ⁺ จะ เคลื่อนที่ ไปยัง ขั้วบวก

คุณสมบัติที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนิกคือความสามารถในการทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้า

ในปี พ.ศ. 2531 มีการคาดการณ์ถึงสถานะของน้ำที่เรียกว่าซูเปอร์ไอออนิก^{[ 130 ]}ในน้ำซูเปอร์ไอออนิก โมเลกุลของน้ำจะแตกตัวออก และไอออนของออกซิเจนจะตกผลึกเป็นโครงสร้างตาข่ายที่มีระยะห่างเท่ากัน ในขณะที่ไอออนของไฮโดรเจนจะลอยอยู่ได้อย่างอิสระภายในโครงสร้างตาข่ายของออกซิเจน^{[ 131 ]}ไอออนของไฮโดรเจนที่เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระทำให้น้ำซูเปอร์ไอออนิกมีความ นำไฟฟ้าเกือบเท่ากับ โลหะทั่วไป ทำให้มันเป็นตัวนำซูเปอร์ไอออนิก [ ^{84 ] น้ำแข็ง}จะมีสีดำ^{[ 132 ] [ 133 ]}มันแตกต่างจากน้ำไอออนิกซึ่งเป็นสถานะของเหลวในสมมติฐานที่มีลักษณะเป็นซุปที่ไม่เป็นระเบียบของไอออนของไฮโดรเจนและออกซิเจน

หลักฐานเบื้องต้นมาจากการวัดทางแสงของน้ำที่ถูกทำให้ร้อนด้วยเลเซอร์ในเซลล์เพชรแอนวิล [ ^{134 ]}และจากการวัดทางแสงของน้ำที่ถูกกระแทกด้วยเลเซอร์ที่มีกำลังสูงมาก^{[ 132 ]}หลักฐานที่ชัดเจนครั้งแรกเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกของแลตติซออกซิเจนในน้ำซูเปอร์ไอออนิกมาจากการวัดด้วยรังสีเอกซ์ของน้ำที่ถูกกระแทกด้วยเลเซอร์ ซึ่งรายงานในปี 2019 ^{[ 84 ]}ในปี 2005 ลอเรนซ์ ฟรีด ได้นำทีมที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์ (LLNL) เพื่อสร้างสภาวะการก่อตัวของน้ำซูเปอร์ไอออนิกขึ้นใหม่ โดยใช้เทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการทุบโมเลกุลน้ำระหว่าง^เพชรและการให้ความร้อนสูงด้วยเลเซอร์พวกเขาได้สังเกตการเปลี่ยนแปลงความถี่ซึ่งบ่งชี้ว่า มี การเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้น ทีมงานยังได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกเขาได้สร้างน้ำซูเปอร์ไอออนิกขึ้นจริง^{[ 135 ]} ในปี 2013 Hugh F. Wilson, Michael L. Wong และ Burkhard Militzer จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ได้ตีพิมพ์บทความที่ทำนายโครงสร้างแลตติสลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้า ซึ่งจะเกิดขึ้นที่ความดันสูงขึ้น ^{[ 136 ]}หลักฐานเชิงทดลองเพิ่มเติมถูกค้นพบโดย Marius Millot และเพื่อนร่วมงานในปี 2018 โดยการเหนี่ยวนำความดันสูงในน้ำระหว่างเพชรแล้วกระแทกน้ำโดยใช้พัลส์เลเซอร์^{[ 132 ] [ 133 ]}

ณ ปี 2013 มีการตั้งทฤษฎีว่าน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนิกสามารถมีโครงสร้างผลึกได้สองแบบ ที่ความดันเกิน 50  GPa (7,300,000 psi ) คาด  การณ์ว่าน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนิกจะมี โครงสร้าง ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัวอย่างไรก็ตาม ที่ความดันเกิน 100 GPa และอุณหภูมิสูงกว่า 2,000 K คาดการณ์ว่าโครงสร้างจะเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้าที่ มีความเสถียรมากกว่า ^{[ 136 ]}

ในปี 2018 การมีอยู่ของน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนิกได้รับการยืนยันในห้องปฏิบัติการ เพื่อสร้างความดันที่จำเป็น นักวิจัยของ LLNL ได้อัดน้ำปริมาณเล็กน้อยระหว่างชิ้นส่วนของเพชร ที่ความดัน2,500 MPa (360,000 psi )  น้ำกลายเป็น  น้ำแข็ง VII ซึ่งเป็นรูปแบบที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง น้ำแข็งนี้ถูกกักไว้ภายในเซลล์เพชรแอนวิลและถูกนำไปยังมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์เพื่อยิงด้วยเลเซอร์ เป็นเวลาน้อยกว่าหนึ่งในพันล้านวินาที น้ำแข็งถูกทำให้ได้รับสภาวะที่คล้ายกับสภาวะภายในเนื้อโลกของดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งอุณหภูมิในเซลล์เพชรเพิ่มขึ้นหลายพันองศา และความดันเพิ่มขึ้นมากกว่าล้านเท่าของบรรยากาศโลก^{[ 137 ] [ 138 ]}การทดลองสรุปได้ว่ากระแสในน้ำนำไฟฟ้าถูกนำพาโดยไอออนมากกว่าอิเล็กตรอน และชี้ให้เห็นว่าน้ำนั้นเป็นซูเปอร์ไอออนิก^{[ 137 ]}การทดลองล่าสุดจากทีม LLNL เดียวกันใช้การตกผลึกด้วยรังสีเอกซ์กับหยดน้ำที่ถูกกระแทกด้วยเลเซอร์เพื่อตรวจสอบว่าไอออนออกซิเจนเข้าสู่เฟสลูกบาศก์ศูนย์กลางหน้า ซึ่งถูกตั้งชื่อว่าน้ำแข็ง XVIII และรายงานในวารสารNatureในเดือนพฤษภาคม 2019 ^{[ 84 ]}

รายงานฉบับแรกเกี่ยวกับน้ำแข็ง XIX ได้รับการตีพิมพ์ในปี 2018 โดยกลุ่มของ Thomas Loerting จากประเทศออสเตรีย^{[ 85 ]}พวกเขาทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วน้ำแข็ง VI ที่เจือด้วย HCl จนถึง 77 K ที่ความดันต่างกันระหว่าง 1.0 ถึง 1.8 GPa เพื่อรวบรวมเทอร์โมแกรมการสแกนแคลอรีแบบ ดิฟเฟอเรนเชียล (DSC) สเปกตรัมไดอิเล็กทริกสเปกตรัมรามานและรูป แบบ การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ในสัญญาณ DSC มีลักษณะดูดความร้อนที่ประมาณ 110 K นอกเหนือจากการดูดความร้อนที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนผ่านน้ำแข็ง XV-VI นอกจากนี้ สเปกตรัมรามาน คุณสมบัติไดอิเล็กทริก และอัตราส่วนของพารามิเตอร์แลตติซแตกต่างจากน้ำแข็ง XV จากการสังเกตเหล่านี้ พวกเขาเสนอการมีอยู่ของเฟสที่มีการเรียงตัวของไฮโดรเจนแบบที่สองของน้ำแข็ง VI โดยตั้งชื่อว่าน้ำแข็งเบตา-XV

ในปี 2019 Alexander Rosu-Finsen และ Christoph Salzman ได้โต้แย้งว่าไม่จำเป็นต้องพิจารณาว่านี่เป็นเฟสใหม่ของน้ำแข็ง และเสนอสถานการณ์สถานะ "แก้วลึก" ^{[ 139 ]}จากข้อมูล DSC ของพวกเขา ขนาดของลักษณะดูดความร้อนไม่ได้ขึ้นอยู่กับความดันการฟื้นตัวจากการดับเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับอัตราการให้ความร้อนและระยะเวลาการอบอ่อนที่ 93 K ด้วย พวกเขายังรวบรวมโปรไฟล์การเลี้ยวเบนของนิวตรอนของน้ำแข็ง VI/XV ที่เจือด้วยดิวเทอเรียมคลอไรด์ D ₂ O ที่ฟื้นตัวจากการดับ ซึ่งเตรียมที่ความดันต่างกัน 1.0, 1.4 และ 1.8 GPa เพื่อแสดงให้เห็นว่าไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างกัน พวกเขาสรุปว่าการดูดความร้อนที่อุณหภูมิต่ำมีต้นกำเนิดมาจากลักษณะจลนศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะแก้วของสถานะแก้วลึกของน้ำแข็ง VI ที่ไม่เป็นระเบียบ

การแยกแยะระหว่างสองสถานการณ์ (เฟสเรียงตัวของไฮโดรเจนแบบใหม่เทียบกับน้ำแข็ง VI ที่ไม่เป็นระเบียบแบบแก้วลึก) กลายเป็นคำถามที่ยังเปิดอยู่ และการถกเถียงระหว่างสองกลุ่มยังคงดำเนินต่อไป Thoeny และคณะ (กลุ่มของ Loerting) ^{[ 140 ]}ได้รวบรวมสเปกตรัม Raman ของน้ำแข็งเบต้า-XV อีกชุดหนึ่ง และรายงานว่า (i) น้ำแข็ง XV ที่เตรียมโดยโปรโตคอลที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ประกอบด้วยโดเมนน้ำแข็ง XV และน้ำแข็งเบต้า-XV (ii) เมื่อให้ความร้อน สเปกตรัม Raman ของน้ำแข็งเบต้า-XV แสดงให้เห็นการสูญเสียการเรียงตัวของไฮโดรเจน ในทางตรงกันข้าม กลุ่มของ Salzmann ได้โต้แย้งอีกครั้งถึงความเป็นไปได้ของสถานการณ์ 'สถานะแก้วลึก' โดยอิงจากการทดลองการเลี้ยวเบนของนิวตรอนและการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นของนิวตรอน^{[ 141 ]}จากผลการทดลองของพวกเขา น้ำแข็ง VI และน้ำแข็ง VI แบบแก้วลึกมีคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันมากโดยอิงจากการทดลองการกระเจิงแบบยืดหยุ่น (การเลี้ยวเบน) และการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่น และแตกต่างจากคุณสมบัติของน้ำแข็ง XV

ในปี 2021 หลักฐานทางผลึกศาสตร์เพิ่มเติมสำหรับเฟสใหม่ (น้ำแข็ง XIX) ได้รับการรายงานแยกกันโดยสามกลุ่ม ได้แก่ Yamane et al. (กลุ่มของ Hiroyuki Kagi และ Kazuki Komatsu จากประเทศญี่ปุ่น), Gasser et al. (กลุ่มของ Loerting) และกลุ่มของ Salzmann Yamane et al. ^{[ 87 ]}รวบรวมโปรไฟล์การเลี้ยวเบนของนิวตรอนในสถานที่ ( เช่นภายใต้ความดันสูง) และพบคุณลักษณะ Bragg ใหม่ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากทั้งน้ำแข็ง VI และน้ำแข็ง XV พวกเขาทำการปรับแต่ง Rietveldของโปรไฟล์โดยอิงจากซูเปอร์เซลล์ของน้ำแข็ง XV และเสนอผู้สมัครชั้นนำบางส่วนสำหรับกลุ่มพื้นที่ของน้ำแข็ง XIX ได้แก่ P-4, Pca21, Pcc2, P21/a และ P21/c พวกเขายังวัดสเปกตรัมไดอิเล็กทริกในสถานที่และกำหนดขอบเขตเฟสของน้ำแข็ง VI/XV/XIX พวกเขาพบว่าเครื่องหมายของความชันของเส้นขอบเขตเปลี่ยนจากบวกเป็นลบที่ 1.6 GPa ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของสองเฟสที่แตกต่างกันตามความสัมพันธ์ของ Clausius– Clapeyron ${\displaystyle {\sqrt {2}}\times {\sqrt {2}}\times 1}$

Gasser et al. ^{[ 142 ]}ยังได้รวบรวมไดฟแฟรกโตแกรมนิวตรอนผงของน้ำแข็ง VI, XV และ XIX ที่ฟื้นคืนสภาพจากการดับเย็น และพบคุณลักษณะทางผลึกศาสตร์ที่คล้ายคลึงกับที่รายงานโดย Yamane et al. โดยสรุปว่า P-4 และ Pcc2 เป็นกลุ่มพื้นที่ที่เป็นไปได้ ผลลัพธ์ของทั้ง Yamane et al. และ Gasser et al. ชี้ให้เห็นถึงโครงสร้างที่มีการเรียงตัวของไฮโดรเจนบางส่วน Gasser et al. ยังพบผลกระทบของไอโซโทปโดยใช้ DSC; เอนโดเทอร์มที่อุณหภูมิต่ำสำหรับน้ำแข็ง D ₂ O XIX ที่เจือด้วย DCl มีขนาดเล็กกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับน้ำแข็ง H ₂ O XIX ที่เจือด้วย HCl และการเจือ H ₂ O 0.5% ลงใน D ₂ O ก็เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนสถานะการเรียงตัว

หลายเดือนต่อมา Salzmann และคณะได้ตีพิมพ์บทความที่อิงจากการทดลองการเลี้ยวเบนของนิวตรอนผงแบบอินซิตู ของน้ำแข็ง XIX ^{[ 143 ]}ซึ่งแตกต่างจากรายงานก่อนหน้านี้ พวกเขายอมรับแนวคิดของเฟสใหม่ (น้ำแข็ง XIX) เนื่องจากพวกเขาสังเกตเห็นลักษณะที่คล้ายคลึงกับรายงานสองฉบับก่อนหน้า อย่างไรก็ตาม พวกเขาได้ปรับปรุงโปรไฟล์การเลี้ยวเบนโดยอิงจากแบบจำลองโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบ (Pbcn) และโต้แย้งว่าการสะท้อนของ Bragg ใหม่สามารถอธิบายได้ด้วยการบิดเบี้ยวของน้ำแข็ง VI ดังนั้นน้ำแข็ง XIX อาจยังคงถือได้ว่าเป็นสถานะแก้วลึกของน้ำแข็ง VI โครงสร้างผลึกของน้ำแข็ง XIX รวมถึงการเรียงตัว/ไม่เป็นระเบียบของไฮโดรเจนยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่จนถึงปี 2022

น้ำแข็งพลาสติก VII ^{[ 64 ]}เป็นเฟสน้ำแข็งที่เพิ่งค้นพบใหม่ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยโครงสร้างผลึกที่โมเลกุลน้ำรักษาตำแหน่งคงที่แต่หมุนได้อย่างอิสระ แสดงให้เห็นถึงพลวัตการหมุนคล้ายของเหลว เฟสนี้ถูกค้นพบผ่านการทดลองการกระเจิงของนิวตรอนแบบกึ่งยืดหยุ่น (QENS) ที่ความดันสูงกว่า 4 GPa และอุณหภูมิสูงกว่า 470 K โดยเฟสนี้ยังคงรักษาโครงสร้างตาข่ายลูกบาศก์แบบศูนย์กลางของน้ำแข็ง VII ไว้ในขณะที่อนุญาตให้มีการจัดเรียงโมเลกุลใหม่อย่างรวดเร็วในระดับเวลาพิโควินาที แตกต่างจากเฟสโรเตอร์อิสระ การเคลื่อนที่แบบหมุนในน้ำแข็งพลาสติก VII เกิดขึ้นผ่านการกระโดดแบบไม่ต่อเนื่องระหว่างทิศทางที่ต้องการซึ่งกำหนดโดยสนามผลึก การระบุเฟสนี้ช่วยแก้ปัญหาการคาดการณ์ที่มีมานานจากการจำลองพลวัตโมเลกุล^{[ 144 ] [ 145 ]}และชี้ให้เห็นถึงนัยสำคัญที่อาจเกิดขึ้นสำหรับพลวัตภายในและการแยกตัวของดาวเคราะห์และดวงจันทร์น้ำแข็ง

น้ำแข็งเกือบทั้งหมดในชีวภาคคือน้ำแข็ง I _h (อ่านว่า "ไอซ์วันเอช" หรือเรียกอีกอย่างว่า "ไอซ์เฟสวัน") น้ำแข็ง I _hมีคุณสมบัติพิเศษหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตและการควบคุมสภาพ ภูมิ อากาศโลก^{[ 146 ]}ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของมันต่ำกว่าน้ำเหลวซึ่งเป็นผลมาจากการมีพันธะไฮโดรเจนที่ทำให้อะตอมอยู่ใกล้กันมากขึ้นในเฟสของเหลว^{[ 147 ]}ด้วยเหตุนี้ น้ำแข็ง I _hจึงลอยอยู่บนน้ำ ซึ่งเป็นเรื่องผิดปกติอย่างมากเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ เฟสของแข็งของวัสดุมักจะเรียงตัวกันอย่างหนาแน่นและเป็นระเบียบ และมีความหนาแน่นสูงกว่าเฟสของเหลว เมื่อทะเลสาบแข็งตัว น้ำแข็งจะแข็งตัวเฉพาะที่ผิวน้ำเท่านั้น ในขณะที่ก้นทะเลสาบยังคงมีอุณหภูมิใกล้เคียง 4 °C (277 K; 39 °F) เนื่องจากน้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่อุณหภูมินี้ พฤติกรรมที่ผิดปกติของน้ำและน้ำแข็งนี้เองที่ทำให้ปลาสามารถอยู่รอดได้ในฤดูหนาวที่โหดร้าย ความหนาแน่นของน้ำแข็ง I _hเพิ่มขึ้นเมื่อเย็นลง จนถึงประมาณ −211 °C (62 K; −348 °F) ที่อุณหภูมิต่ำกว่านั้น น้ำแข็งจะขยายตัวอีกครั้ง ( การขยายตัวทางความร้อนเชิงลบ ) ^{[ 7 ] [ 8 ]}

นอกจากน้ำแข็ง I _hแล้ว อาจพบน้ำแข็ง I _c ในปริมาณเล็กน้อย ในเมฆชั้นบรรยากาศตอนบนเป็นครั้งคราว^{[ 148 ]}เชื่อกันว่าเป็นสาเหตุของการสังเกตเห็นวงแหวน ของ Scheiner ซึ่งเป็นวงแหวนหายากที่เกิดขึ้นใกล้ 28 องศาจากดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์^{[ 149 ]}อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างบรรยากาศจำนวนมากที่เคยถูกอธิบายว่าเป็นน้ำแข็งทรงลูกบาศก์นั้น ต่อมาพบว่าเป็นน้ำแข็งที่เรียงซ้อนกันอย่างไม่เป็นระเบียบโดยมีสมมาตรแบบสามเหลี่ยม^{[ 150 ] [ 151 ] [ 152 ]}และถูกขนานนามว่าเป็น "เฟสน้ำแข็งที่มีเหลี่ยมมุมมากที่สุดทั้งในความหมายตามตัวอักษรและความหมายทั่วไป" ^{[ 153 ]}ตัวอย่างน้ำแข็งทรงลูกบาศก์ที่แท้จริงครั้งแรกได้รับการรายงานในปี 2020 เท่านั้น^{[ 33 ] [ 129 ]}

ASW ความหนาแน่นต่ำ (LDA) หรือที่รู้จักกันในชื่อน้ำแก้วที่ถูกดับอย่างรวดเร็ว อาจเป็นสาเหตุของเมฆเรืองแสงในเวลากลางคืนบนโลก และมักเกิดขึ้นจากการตกตะกอนของไอน้ำในสภาวะเย็นหรือสุญญากาศ เมฆน้ำแข็งก่อตัวขึ้นที่และต่ำกว่าเมโซพอสละติจูดสูงของโลก (~90 กม.) ซึ่งมีการสังเกตพบว่าอุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 100 K ^{[ 154 ]}มีการเสนอแนะว่าการเกิดนิวเคลียสแบบเอกพันธุ์ของอนุภาคน้ำแข็งส่งผลให้เกิดน้ำแข็งอสัณฐานความหนาแน่นต่ำ^{[ 155 ]} น้ำแข็งอสัณฐานมีแนวโน้มที่จะจำกัดอยู่ในส่วนที่เย็นที่สุดของเมฆ และเชื่อกันว่าการเรียงซ้อนของน้ำแข็ง I ที่ไม่เป็นระเบียบจะครอบงำที่อื่นในเมฆ เมโซสเฟียร์ขั้วโลกเหล่านี้^{[ 156 ]}

ในปี 2018 น้ำแข็ง VII ถูกระบุว่าเป็นหนึ่งใน^สิ่งเจือปน ที่พบใน เพชรธรรมชาติ[ ^{157 ]} เนื่องจากการพิสูจน์ว่าน้ำแข็ง VII มีอยู่จริงในธรรมชาติสมาคมแร่ธาตุระหว่างประเทศจึงจัดประเภทน้ำแข็ง VII เป็นแร่ ที่แตกต่างออก ไป^{[ 158 ]}สันนิษฐานว่าน้ำแข็ง VII เกิดขึ้นเมื่อน้ำที่ถูกกักอยู่ภายในเพชรยังคงรักษาความดันสูงของเนื้อโลก ชั้นลึกไว้ได้ เนื่องจากความแข็งแรงและความแข็งแกร่งของโครงสร้างผลึกเพชร แต่เย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิพื้นผิว ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่มีความดันสูงโดยไม่มีอุณหภูมิสูง^{[ 159 ]}

เชื่อกันว่าน้ำแข็ง XI มีโครงสร้างที่เสถียรกว่าน้ำแข็ง I _hดังนั้นจึงอาจก่อตัวขึ้นบนโลกได้ อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงนั้นช้ามาก ตามรายงานฉบับหนึ่ง คาดว่าในสภาวะของแอนตาร์กติกาจะต้องใช้เวลาอย่างน้อย 100,000 ปีในการก่อตัวโดยปราศจากความช่วยเหลือจากตัวเร่งปฏิกิริยา น้ำแข็ง XI ถูกค้นหาและพบในน้ำแข็งแอนตาร์กติกาที่มีอายุประมาณ 100 ปีในปี 1998 ^{[ 160 ]}อย่างไรก็ตาม การศึกษาเพิ่มเติมในปี 2004 ไม่สามารถทำซ้ำการค้นพบนี้ได้ หลังจากศึกษาน้ำแข็งแอนตาร์กติกาที่มีอายุประมาณ 3000 ปี^{[ 161 ]}การศึกษาแอนตาร์กติกาในปี 1998 ยังอ้างว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง (น้ำแข็ง XI => น้ำแข็ง I _h ) คือ −36 °C (237 K) ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิของจุดสามสถานะที่คาดไว้ข้างต้น (72 K, ~0 Pa) มาก นอกจากนี้ ยังพบน้ำแข็ง XI ในการทดลองโดยใช้น้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิต่ำมาก (~10 K) และความดันต่ำ ซึ่งเป็นสภาวะที่คาดว่าจะมีอยู่ในชั้นบรรยากาศเบื้องบน^{[ 162 ]}เมื่อเร็วๆ นี้ พบว่าโดเมนขนาดเล็กของน้ำแข็ง XI ก่อตัวขึ้นในน้ำบริสุทธิ์ การเปลี่ยนเฟสกลับไปเป็นน้ำแข็ง I _hเกิดขึ้นที่ 72 K ภายใต้สภาวะความดันไฮโดรสแตติกสูงถึง 70 MPa ^{[ 163 ]}

น้ำแข็งอสัณฐานถูกนำมาใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์บางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบไครโอของโมเลกุลชีวภาพ^{[ 164 ]}โมเลกุลแต่ละตัวสามารถคงสภาพไว้สำหรับการถ่ายภาพในสถานะที่ใกล้เคียงกับสถานะในน้ำเหลวได้

น้ำแข็ง XVII สามารถดูดซับและปล่อยโมเลกุลไฮโดรเจนซ้ำๆ ได้โดยไม่ทำให้โครงสร้างเสื่อมสภาพ^{[ 82 ]} ปริมาณไฮโดรเจนทั้งหมดที่น้ำแข็ง XVII สามารถดูดซับได้ขึ้นอยู่กับปริมาณความดันที่ใช้ แต่โมเลกุลไฮโดรเจนสามารถถูกดูดซับโดยน้ำแข็ง XVII ได้แม้ที่ความดันต่ำเพียงไม่กี่มิลลิบาร์^{[ a ]} ​​หากอุณหภูมิต่ำกว่า 40 K (−233.2 °C; −387.7 °F) ^{[ 82 ]}จากนั้นโมเลกุลไฮโดรเจนที่ถูกดูดซับสามารถถูกปล่อยออกมาหรือปลดปล่อยออกมาได้โดยการใช้ความร้อน^{[ 165 ]}นี่เป็นคุณสมบัติที่ไม่คาดคิดของน้ำแข็ง XVII และอาจทำให้สามารถใช้สำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนซึ่งเป็นประเด็นที่มักกล่าวถึงในเทคโนโลยีด้านสิ่งแวดล้อม ^{[ 165 ]}

นอกจากการกักเก็บไฮโดรเจนผ่านการอัดหรือการทำให้เป็นของเหลวแล้ว ยังสามารถกักเก็บไฮโดรเจนไว้ภายในสารที่เป็นของแข็งได้อีกด้วย ไม่ว่าจะผ่านกระบวนการทางเคมีที่ย้อนกลับได้ ( เคมีดูดซับ ) หรือโดยการที่โมเลกุลไฮโดรเจนยึดติดกับสารนั้นผ่านแรงแวนเดอร์วาลส์ ( ฟิสิกส์ดูดซับ ) กระบวนการหลังนี้สามารถเกิดขึ้นได้ภายในน้ำแข็ง XVII ^{[ 165 ]}ในฟิสิกส์ดูดซับ จะไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี และพันธะเคมีระหว่างอะตอมสองอะตอมภายในโมเลกุลไฮโดรเจนยังคงอยู่ครบถ้วน ด้วยเหตุนี้ จำนวนรอบการดูดซับ-คายประจุที่น้ำแข็ง XVII สามารถทนได้จึง "ในทางทฤษฎีแล้วไม่มีที่สิ้นสุด" ^{[ 165 ]}

ข้อดีที่สำคัญอย่างหนึ่งของการใช้น้ำแข็ง XVII เป็นตัวกลางในการจัดเก็บไฮโดรเจนคือต้นทุนต่ำของสารเคมีเพียงสองชนิดที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ไฮโดรเจนและน้ำ^{[ 165 ]}นอกจากนี้ น้ำแข็ง XVII ยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนที่อัตราส่วนโมลาร์ H ₂ต่อ H ₂ O สูงกว่า 40% ซึ่งสูงกว่าอัตราส่วนสูงสุดทางทฤษฎีสำหรับแคลทเรตไฮเดรตsII ซึ่งเป็นตัวกลางในการจัดเก็บที่มีศักยภาพอีกชนิดหนึ่ง ^{[ 82 ]} อย่างไรก็ตาม หากใช้น้ำแข็ง XVII เป็นตัวกลางในการจัดเก็บ จะต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 130 K (−143 °C; −226 °F) มิฉะนั้นอาจเสี่ยงต่อการไม่เสถียร^{[ 165 ]}

ในอวกาศ น้ำแข็งผลึกหกเหลี่ยม (รูปแบบที่พบได้ทั่วไปบนโลก) นั้นหายากมาก ตัวอย่างที่รู้จักมักเกี่ยวข้องกับการปะทุของภูเขาไฟ^{[ 166 ]} ในทางกลับกัน น้ำในตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ส่วนใหญ่เป็นน้ำแข็งอสัณฐาน ทำให้มีแนวโน้มที่จะเป็นรูปแบบของน้ำที่พบได้ทั่วไปมากที่สุดในจักรวาล^{[ 167 ] [ 37 ]}

น้ำแข็งอสัณฐานสามารถแยกออกจากน้ำแข็งผลึกได้โดยอาศัย สเปกตรัม อินฟราเรดใกล้และอินฟราเรด ที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้ คุณลักษณะของเส้นการดูดซับน้ำที่ 1.65, 3.1 และ 4.53  μmขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำแข็งและลำดับผลึก^{[ 168 ]}ความแรงสูงสุดของแถบ 1.65 μm รวมถึงโครงสร้างของแถบ 3.1 μm มีประโยชน์อย่างยิ่งในการระบุความเป็นผลึกของน้ำแข็ง^{[ 169 ] [ 170 ]}

ที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดที่ยาวขึ้น น้ำแข็งอสัณฐานและน้ำแข็งผลึกมีแถบการดูดกลืนที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนที่ 44 และ 62 ไมโครเมตร โดยน้ำแข็งผลึกมีการดูดกลืนอย่างมีนัยสำคัญที่ 62 ไมโครเมตร ในขณะที่น้ำแข็งอสัณฐานไม่มีการดูดกลืน^{[ 171 ]}นอกจากนี้ แถบเหล่านี้ยังสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้อุณหภูมิที่อุณหภูมิต่ำมาก ซึ่งตัวบ่งชี้อื่นๆ (เช่น แถบ 3.1 และ 12 ไมโครเมตร) ไม่สามารถใช้งานได้^{[ 172 ]}ซึ่งเป็นประโยชน์ในการศึกษาน้ำแข็งในตัวกลางระหว่างดาวและจานรอบดาว อย่างไรก็ตาม การสังเกตคุณลักษณะเหล่านี้ทำได้ยากเนื่องจากชั้นบรรยากาศทึบแสงที่ความยาวคลื่นเหล่านี้ จึงจำเป็นต้องใช้หอดูดาวอินฟราเรดในอวกาศ

โดยทั่วไป น้ำแข็งอสัณฐานสามารถก่อตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ~130 K ^{[ 173 ]}ที่อุณหภูมินี้ โมเลกุลของน้ำไม่สามารถก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึกที่พบได้ทั่วไปบนโลก น้ำแข็งอสัณฐานอาจก่อตัวขึ้นในบริเวณที่หนาวที่สุดของชั้นบรรยากาศโลก คือ เมโซสเฟียร์ขั้วโลกในฤดูร้อน ซึ่งมีเมฆเรืองแสงใน เวลากลางคืน ^{[ 174 ]}อุณหภูมิต่ำเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ง่ายในสภาพแวดล้อมทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เช่น เมฆโมเลกุล จานรอบดาวฤกษ์ และพื้นผิวของวัตถุในระบบสุริยะชั้นนอก ในห้องปฏิบัติการ น้ำแข็งอสัณฐานจะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งผลึกหากได้รับความร้อนสูงกว่า 130 K แม้ว่าอุณหภูมิที่แน่นอนของการเปลี่ยนแปลงนี้จะขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและสภาวะการเติบโตของน้ำแข็ง^{[ 175 ]}ปฏิกิริยานี้ไม่สามารถย้อนกลับได้และคายความร้อน โดยปล่อยพลังงาน 1.26–1.6 kJ/mol ^{[ 175 ]}

ปัจจัยเพิ่มเติมในการกำหนดโครงสร้างของน้ำแข็งคืออัตราการตกตะกอน แม้ว่าอุณหภูมิจะเย็นพอที่จะเกิดน้ำแข็งอสัณฐานได้ แต่น้ำแข็งผลึกจะก่อตัวขึ้นหากฟลักซ์ของไอน้ำบนพื้นผิวน้อยกว่าฟลักซ์วิกฤตที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ^{[ 176 ]}ผลกระทบนี้มีความสำคัญที่จะต้องพิจารณาในสภาพแวดล้อมทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ฟลักซ์ของน้ำอาจต่ำ ในทางกลับกัน น้ำแข็งอสัณฐานสามารถก่อตัวขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่าที่คาดไว้หากฟลักซ์ของน้ำสูง เช่น เหตุการณ์การแข็งตัวอย่างรวดเร็วที่เกี่ยวข้องกับภูเขาไฟน้ำแข็ง

ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 77 K การฉายรังสีจากโฟตอนอัลตราไวโอเลต รวมถึงอิเล็กตรอนและไอออนพลังงานสูง สามารถทำลายโครงสร้างของน้ำแข็งผลึก ทำให้เกิดการเปลี่ยนสภาพเป็นน้ำแข็งอสัณฐานได้^{[ 177 ] [ 171 ]}น้ำแข็งอสัณฐานดูเหมือนจะไม่ได้รับผลกระทบจากรังสีอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิต่ำกว่า 110 K แม้ว่าการทดลองบางอย่างจะชี้ให้เห็นว่ารังสีอาจทำให้อุณหภูมิที่น้ำแข็งอสัณฐานเริ่มตกผลึกลดลง^{[ 171 ]}

ปีเตอร์ เจนนิสเกนส์และเดวิด เอฟ. เบลค ได้แสดงให้เห็นในปี 1994 ว่ารูปแบบของน้ำแข็งอสัณฐานที่มีความหนาแน่นสูงยังเกิดขึ้นระหว่างการตกตะกอนของไอน้ำบนพื้นผิวที่มีอุณหภูมิต่ำ (< 30 K) เช่น อนุภาคระหว่างดาว โมเลกุลของน้ำไม่ได้เรียงตัวอย่างสมบูรณ์เพื่อสร้างโครงสร้างกรงเปิดของน้ำแข็งอสัณฐานที่มีความหนาแน่นต่ำ โมเลกุลของน้ำจำนวนมากจึงไปอยู่ที่ตำแหน่งระหว่างกลาง เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 30 K โครงสร้างจะเรียงตัวใหม่และเปลี่ยนไปเป็นรูปแบบที่มีความหนาแน่นต่ำ^{[ 38 ] [ 44 ]}

เมฆโมเลกุลมีอุณหภูมิต่ำมาก (~10 K) ซึ่งอยู่ในช่วงของน้ำแข็งอสัณฐาน การมีอยู่ของน้ำแข็งอสัณฐานในเมฆโมเลกุลได้รับการยืนยันจากการสังเกตการณ์แล้ว^{[ 178 ]}เมื่อเมฆโมเลกุลยุบตัวลงเพื่อก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ อุณหภูมิของจานรอบดาวฤกษ์ ที่เกิดขึ้นนั้น ไม่น่าจะสูงเกิน 120 K ซึ่งบ่งชี้ว่าน้ำแข็งส่วนใหญ่ควรจะยังคงอยู่ในสถานะอสัณฐาน^{[ 176 ]}อย่างไรก็ตาม หากอุณหภูมิสูงขึ้นมากพอที่จะทำให้น้ำแข็งระเหิดได้ มันก็สามารถควบแน่นกลับเป็นผลึกได้อีกครั้ง เนื่องจากอัตราการไหลของน้ำต่ำมาก คาดว่าจะเป็นเช่นนั้นในจานรอบดาวฤกษ์ของ IRAS 09371+1212 ซึ่งมีการสังเกตพบสัญญาณของน้ำแข็งผลึกแม้จะมีอุณหภูมิต่ำเพียง 30–70 K ^{[ 179 ]}

สำหรับเนบิวลาสุริยะดั้งเดิม มีความไม่แน่นอนมากมายเกี่ยวกับความเป็นผลึกของน้ำแข็งในช่วงระยะการก่อตัวของจานรอบดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ หากน้ำแข็งอสัณฐานดั้งเดิมรอดพ้นจากการยุบตัวของเมฆโมเลกุล ก็ควรจะได้รับการอนุรักษ์ไว้ที่ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ที่ไกลเกินกว่าวงโคจรของดาวเสาร์ (~12 AU) ^{[ 176 ]}

ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของน้ำแข็งอสัณฐานในดาวหางและการปลดปล่อยพลังงานในระหว่างการเปลี่ยนเฟสไปสู่สถานะผลึกได้รับการเสนอครั้งแรกในฐานะกลไกสำหรับการระเบิดของดาวหาง^{[ 180 ]}หลักฐานของน้ำแข็งอสัณฐานในดาวหางพบได้ในระดับกิจกรรมสูงที่สังเกตได้ในดาวหางคาบยาว ดาวหางตระกูลเซนทอร์ และดาวหางตระกูลจูปิเตอร์ ที่ระยะห่างจากดวงอาทิตย์เกิน ~6 AU ^{[ 181 ]}วัตถุเหล่านี้เย็นเกินไปสำหรับการระเหิดของน้ำแข็ง ซึ่งเป็นแรงผลักดันให้กิจกรรมของดาวหางเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น จนแทบไม่มีผลกระทบ แบบจำลองทางเทอร์โมไดนามิกแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิพื้นผิวของดาวหางเหล่านั้นอยู่ใกล้กับอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสของน้ำแข็งอสัณฐาน/ผลึกที่ ~130 K ซึ่งสนับสนุนว่านี่เป็นแหล่งที่มาของกิจกรรมที่เป็นไปได้^{[ 182 ]}การตกผลึกอย่างรวดเร็วของน้ำแข็งอสัณฐานสามารถสร้างพลังงานที่จำเป็นในการขับเคลื่อนการระเบิด เช่นที่สังเกตได้ในดาวหางเซนทอร์29P/Schwassmann–Wachmann 1 ^{[ 183 ] [ 184 ]}

ด้วยอุณหภูมิสมดุลการแผ่รังสีที่ 40–50 K ^{[ 185 ]}คาดว่าวัตถุในแถบไคเปอร์จะมีน้ำแข็งอสัณฐาน แม้ว่าจะมีการสังเกตพบน้ำแข็งบนวัตถุหลายชิ้น^{[ 186 ] [ 187 ]} แต่ ความสว่างที่น้อยมากของวัตถุเหล่านี้ทำให้ยากต่อการกำหนดโครงสร้างของน้ำแข็ง มีการสังเกตพบร่องรอยของน้ำแข็งผลึกบน50000 Quaoarซึ่งอาจเป็นผลมาจากเหตุการณ์บนพื้นผิวใหม่ เช่น การชนหรือภูเขาไฟน้ำแข็ง^{[ 188 ]}

เครื่องวัดสเปกตรัมแบบอินฟราเรดใกล้ (NIMS) บนยานอวกาศกาลิเลโอของนาซา ได้ทำการสำรวจพื้นผิวน้ำแข็งของดวงจันทร์ยูโรปาแกนีมีดและคาลิสโต ของดาวพฤหัสบดีด้วยวิธีการทางสเปกตรัม อุณหภูมิของดวงจันทร์เหล่านี้อยู่ในช่วง 90 ถึง 160 K ^{[ 189 ]}ซึ่งอุ่นพอที่จะทำให้น้ำแข็งอสัณฐานตกผลึกได้ในระยะเวลาอันสั้น อย่างไรก็ตาม พบว่ายูโรปามีน้ำแข็งอสัณฐานเป็นหลัก แกนีมีดมีทั้งน้ำแข็งอสัณฐานและน้ำแข็งผลึก และคาลิสโตมีน้ำแข็งผลึกเป็นหลัก^{[ 190 ]}เชื่อกันว่านี่เป็นผลมาจากแรงที่แข่งขันกัน ได้แก่ การตกผลึกด้วยความร้อนของน้ำแข็งอสัณฐานเทียบกับการเปลี่ยนจากน้ำแข็งผลึกเป็นน้ำแข็งอสัณฐานโดยการไหลของอนุภาคที่มีประจุจากดาวพฤหัสบดี ยูโรปาอยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีมากกว่าดวงจันทร์อีกสามดวง จึงได้รับรังสีในระดับสูงสุด และด้วยเหตุนี้จึงมีน้ำแข็งอสัณฐานมากที่สุด คาลิสโตอยู่ห่างจากดาวพฤหัสบดีมากที่สุด จึงได้รับรังสีน้อยที่สุดและรักษาสภาพน้ำแข็งผลึกไว้ได้ ส่วนแกนีมีดซึ่งอยู่ระหว่างทั้งสองดวงนั้น มีน้ำแข็งอสัณฐานที่ละติจูดสูงและน้ำแข็งผลึกที่ละติจูดต่ำ เชื่อกันว่าเป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กภายในของดวงจันทร์ ซึ่งจะดักจับอนุภาคที่มีประจุไปยังละติจูดที่สูงกว่าและปกป้องละติจูดที่ต่ำกว่าจากการได้รับรังสี^{[ 190 ]} ภายในของแกนีมีดน่าจะมีมหาสมุทรน้ำเหลวที่มีน้ำแข็ง V หนาหลายสิบถึงหลายร้อยกิโลเมตรอยู่ที่ฐาน^{[ 191 ]}

น้ำแข็งบนพื้นผิวของดวงจันทร์เอนเซลาดัส ของดาวเสาร์ ถูกทำแผนที่โดยเครื่องวัดสเปกตรัมการทำแผนที่ภาพและอินฟราเรด (VIMS) บนยานสำรวจอวกาศแคสสินีของ NASA/ESA/ASI ยานสำรวจพบทั้งน้ำแข็งผลึกและน้ำแข็งอสัณฐาน โดยมีระดับความเป็นผลึกสูงกว่าที่รอยแตก " ลายเสือ " บนพื้นผิว และมีน้ำแข็งอสัณฐานมากกว่าระหว่างบริเวณเหล่านี้^{[ 168 ]}น้ำแข็งผลึกใกล้กับลายเสืออาจอธิบายได้ด้วยอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งเกิดจากกิจกรรมทางธรณีวิทยาซึ่งเป็นสาเหตุที่คาดว่าจะทำให้เกิดรอยแตก น้ำแข็งอสัณฐานอาจอธิบายได้ด้วยการแข็งตัวอย่างรวดเร็วจากภูเขาไฟน้ำแข็ง การควบแน่นอย่างรวดเร็วของโมเลกุลจากน้ำพุร้อน หรือการฉายรังสีของอนุภาคพลังงานสูงจากดาวเสาร์^{[ 168 ]} ในทำนองเดียวกัน เชื่อกันว่าชั้นในชั้นหนึ่งของไททัน มีน้ำแข็ง VI อยู่ ^{[ 192 ]}

น้ำแข็งอสัณฐานความหนาแน่นปานกลางอาจมีอยู่บนยูโรปา เนื่องจากคาดว่าเงื่อนไขการทดลองของการก่อตัวจะเกิดขึ้นที่นั่นเช่นกัน เป็นไปได้ว่าคุณสมบัติเฉพาะของน้ำแข็ง MDA ที่ปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมากหลังจากถูกปลดปล่อยจากการอัด อาจเป็นสาเหตุของ 'แผ่นดินไหวของน้ำแข็ง' ภายในชั้นน้ำแข็งหนา^{[ 23 ]}

เนื่องจากน้ำแข็ง XI สามารถก่อตัวขึ้นได้ตามทฤษฎีที่ความดันต่ำที่อุณหภูมิระหว่าง 50–70 K ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของระบบสุริยะชั้นนอกและภายในหลุมอุกกาบาตขั้วโลกที่มืดมิดถาวรบนดวงจันทร์และดาวพุธ น้ำแข็ง XI ก่อตัวได้ง่ายที่สุดที่อุณหภูมิประมาณ 70 K แต่ในทางกลับกัน กลับใช้เวลานานกว่าในการก่อตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่า จากการคาดการณ์จากการวัดเชิงทดลอง คาดว่าต้องใช้เวลาประมาณ 50 ปีในการก่อตัวที่ 70 K และประมาณ 300 ล้านปีที่ 50 K ^{[ 193 ]}มีทฤษฎีว่ามันมีอยู่ในสถานที่ต่างๆ เช่น ชั้นบรรยากาศตอนบนของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน^{[ 112 ]}และบนดาวพลูโตและดาวชารอน^{[ 193 ]}

Ice VII อาจประกอบด้วยพื้นมหาสมุทรของยูโรปารวมถึงดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (เช่นAwohaliและEnaiposha ) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยน้ำ^{[ 194 ] [ 195 ]}

โดเมนขนาดเล็กของน้ำแข็ง XI อาจมีอยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ได้เช่นกัน^{[ 112 ]} ข้อเท็จจริงที่ว่าโดเมนขนาดเล็กของน้ำแข็ง XI สามารถมีอยู่ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 111 K ทำให้นักวิทยาศาสตร์บางคนคาดการณ์ว่ามันอาจค่อนข้างพบได้ทั่วไปในอวกาศระหว่างดาว^{[ 112 ]}โดยมี 'เมล็ดนิวเคลียส' ขนาดเล็กแพร่กระจายไปทั่วอวกาศและเปลี่ยนน้ำแข็งธรรมดา คล้ายกับน้ำแข็งเก้า ในตำนาน ที่กล่าวถึงในCat's Cradle ของ Vonnegut ^{[ 196 ]}บทบาทที่เป็นไปได้ของน้ำแข็ง XI ในอวกาศระหว่างดาว^{[ 193 ] [ 197 ]}และการก่อตัวของดาวเคราะห์^{[ 198 ]}เป็นหัวข้อของเอกสารวิจัยหลายฉบับ จนกว่าจะมีการยืนยันการสังเกตการณ์ของน้ำแข็ง XI ในอวกาศ การมีอยู่ของน้ำแข็ง XI ในอวกาศยังคงเป็นที่ถกเถียงกันเนื่องจากคำวิจารณ์ที่ Iitaka ยกขึ้นมาข้างต้น^{[ 199 ]}สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของน้ำแข็ง XI ได้รับการศึกษาในปี 2009 เพื่อเตรียมการค้นหาน้ำแข็ง XI ในอวกาศ^{[ 200 ]}

มีทฤษฎีที่ว่าดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งยูเรนัสและเนปจูนมีชั้นของน้ำซูเปอร์ไอออนิก^{[ 201 ] [ 135 ] [ 202 ] [ 136 ]} วิธี การเรียนรู้ของเครื่องจักรและพลังงานอิสระทำนายว่า เฟสซูเปอร์ไอออนิก แบบอัดแน่นจะมีเสถียรภาพในช่วงอุณหภูมิและความดันที่กว้าง และ เฟสซูเปอร์ไอออนิก แบบลูกบาศก์ศูนย์กลางตัวจะได้รับความนิยมทางจลนศาสตร์ แต่มีเสถียรภาพในช่วงพารามิเตอร์ที่แคบ^{[ 203 ]}ในทางกลับกัน ยังมีการศึกษาที่ชี้ให้เห็นว่าธาตุอื่นๆ ที่มีอยู่ในส่วนภายในของดาวเคราะห์เหล่านี้ โดยเฉพาะคาร์บอนอาจป้องกันการก่อตัวของน้ำซูเปอร์ไอออนิก^{[ 204 ] [ 205 ]}

• ระยะต่างๆ ของน้ำแข็ง (www.idc-online.com)
• เฟลตเชอร์, NH (4 มิถุนายน 2552). ฟิสิกส์เคมีของน้ำแข็ง . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. ISBN 978-0-521-11230-7.
• Petrenko, Victor F.; Whitworth, Robert W. (19 สิงหาคม 1999). ฟิสิกส์ของน้ำแข็ง . สำนักพิมพ์ OUP อ็อกซ์ฟอร์ด. ISBN 978-0-19-158134-2.
• แชปลิน, มาร์ติน. "โครงสร้างน้ำแข็งหกเหลี่ยม" . โครงสร้างน้ำและวิทยาศาสตร์ . มหาวิทยาลัยลอนดอนเซาท์แบงก์ .
• รายงานจากมหาวิทยาลัยลอนดอนเซาท์แบงก์
• Physik des Eises Archived 2021-07-19 at the Wayback Machine (PDF in German, iktp.tu-dresden.de)

• ฮันส์เบอร์เกอร์, มาเรน (21 กันยายน 2018). "สถานะใหม่ของน้ำเผยให้เห็นมหาสมุทรที่ซ่อนอยู่ใต้เนื้อโลก" . Seeker . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 21 ธันวาคม 2021 – ผ่านทางYouTube .
• วู, มาร์คัส (11 กรกฎาคม 2018). "การตามล่าหามหาสมุทรที่ซ่อนเร้นอยู่ลึกใต้พิภพ" . นิตยสารควอนตา .
• มีการอภิปรายเกี่ยวกับน้ำแข็งอสัณฐานในเว็บไซต์ของLSBU
• การเปลี่ยนสถานะของแก้วในน้ำที่ถูกทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วจากธรรมชาติ (ต้องลงทะเบียน)
• น้ำใสจากวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแผนภาพสถานะของน้ำ (ต้องลงทะเบียนเพื่อเข้าชม)
• การค้นพบทางบัญชีของ AIP เกี่ยวกับ VHDA
• HDA ในอวกาศ
• ภาพประกอบโครงสร้างโมเลกุลของ HDA ที่สร้างขึ้นด้วยคอมพิวเตอร์