研究團隊 經由 拉曼光譜 分析，揭示了水在4°C達到最大密度的原因。這是因為在冷水和 過冷水 中（10°C〜-23°C），液態水並非是單一組分系統，而是同時存在著三種形態：氫鍵結構鬆散的Form A、氫鍵結構低規律性排列的Form B、氫鍵高度規律排列的Form C（奈米級冰晶）
根據光譜數據經過理論模擬計算後，三種模式在不同溫度時的所占比例如下圖
由於水分子之間的氫鍵形成規律性結構時，會在結構中生成空隙，以致於密度變小
因此當水的溫度下降時，增多的Form B、Form C會造成水的體積變大而密度下降。雖然Form A會因分子凌亂熱運動的程度減少而導致水的體積縮小，但是其占比卻是越來越小。也就是說，奈米級冰晶的形成會抑制原本該增加的液態水密度，並且逐漸處於優勢，最後在這兩種相互消長的因素下，導致密度曲線在4°C附近出現異常的極大值
資料來源：Formation of “Nano-Ice” and Density Maximum Anomaly of Water