发现石墨烯表面罕见特性
除了为海水淡化提供理论支撑之外，方海平团队还在石墨烯表面观察到了一氯化钙二维晶体。“这个发现颠覆了传统观念。因为人们通常认为，钙是二价的，它的化合物必然是二氯化钙，因此不可能具有铁磁性，并且是绝缘的。”方海平说。
这些一氯化钙二维晶体展现出非常独特的性质。它们不仅具备导电性、室温铁磁性而且还罕见地同时具备压电性质和金属性质。这预示着，在晶体管、磁性装置、导电电极的研发以及储氢、催化剂等方面的应用上，它们都将大有用武之地。
一氯化钙二维晶体的铁磁性表明，并非传统的铁磁物质（例如铁）才有非常强的磁响应。这为理解生物磁效应提供了新的研究方向，并为发展不含重金属且具有更好生物相容性的磁性靶向药物设计提供新方案，也为量子生物学提供新思路。
此外，对“水滴在水层上”的奇异现象进行理论预言，也是方海平获奖项目的重要成果。水滴在落入水面后，通常会很快扩散开并融入水中。然而，针对“常温下水总是完全浸润于水”的传统观点，方海平团队提出了一个反传统的理论预言。研究团队设计出一个带极化电荷的固体平面作为一般表面的模型。其中，模型的晶格常数和电荷大小都可以调控。这样，在晶格和电荷的诱导下，水分子会形成有序结构。形成类似于冰的结构，在这层水上，水分子不再铺展开，而是形成水滴，呈现“水滴在水层上”的现象。另外，这层水还阻止了水层下面固体被污染。
研究论文于2009年首次发表后，这一预言很快获得了国内外多个科研团队的验证，其中包括美国科学院院士的科研团队。科研人员在金属、矿物、氧化物甚至生物分子表面等10多种材料表面都发现了类似现象，表明该现象在自然界普遍存在。这项进展有望为发展既不沾污又减阻的材料提供新的设计思路。
“多年来，我们的工作主要是运用理论物理方法，结合统计物理分析和分子动力学模拟，研究在表面、细通道内和响应体系中的离子对水的行为影响。目前我们已经获得了一些普遍规律，相信还有更多的规律等待我们去发现。”方海平说。 |
