發現石墨烯表面罕見特性
除了為海水淡化提供理論支撐之外，方海平團隊還在石墨烯表面觀察到了一氯化鈣二維晶體。“這個發現顛覆了傳統觀念。因為人們通常認為，鈣是二價的，它的化合物必然是二氯化鈣，因此不可能具有鐵磁性，並且是絕緣的。”方海平說。
這些一氯化鈣二維晶體展現出非常獨特的性質。它們不僅具備導電性、室溫鐵磁性而且還罕見地同時具備壓電性質和金屬性質。這預示著，在晶體管、磁性裝置、導電電極的研發以及儲氫、催化劑等方面的應用上，它們都將大有用武之地。
一氯化鈣二維晶體的鐵磁性表明，並非傳統的鐵磁物質（例如鐵）才有非常強的磁響應。這為理解生物磁效應提供了新的研究方向，並為發展不含重金屬且具有更好生物相容性的磁性靶向藥物設計提供新方案，也為量子生物學提供新思路。
此外，對“水滴在水層上”的奇異現象進行理論預言，也是方海平獲獎項目的重要成果。水滴在落入水面後，通常會很快擴散開並融入水中。然而，針對“常溫下水總是完全浸潤於水”的傳統觀點，方海平團隊提出了一個反傳統的理論預言。研究團隊設計出一個帶極化電荷的固體平面作為一般表面的模型。其中，模型的晶格常數和電荷大小都可以調控。這樣，在晶格和電荷的誘導下，水分子會形成有序結構。形成類似於冰的結構，在這層水上，水分子不再鋪展開，而是形成水滴，呈現“水滴在水層上”的現象。另外，這層水還阻止了水層下面固體被污染。
研究論文於2009年首次發表後，這一預言很快獲得了國內外多個科研團隊的驗證，其中包括美國科學院院士的科研團隊。科研人員在金屬、礦物、氧化物甚至生物分子表面等10多種材料表面都發現了類似現象，表明該現象在自然界普遍存在。這項進展有望為發展既不沾污又減阻的材料提供新的設計思路。
“多年來，我們的工作主要是運用理論物理方法，結合統計物理分析和分子動力學模擬，研究在表面、細通道內和響應體系中的離子對水的行為影響。目前我們已經獲得了一些普遍規律，相信還有更多的規律等待我們去發現。”方海平說。 |
