On plonge une feuille de graphène dans une solution de sulfate de sodium – un sel ordinaire, proche du sel de table. Près de la surface, l'eau cesse d'être homogène : elle s'organise en couches, comme une pile de crêpes. Entre ces couches et à l'intérieur, se répartissent les ions – les particules chargées issues de la dissociation du sel.
Pendant longtemps, on a pensé que les ions sodium positifs s'accumulaient préférentiellement près du graphène, tandis que les ions sulfate négatifs restaient à distance. Mais des expériences récentes ont montré un phénomène étrange : les ions sulfate s'approchent aussi de la surface. Les auteurs de l'étude ont construit un modèle informatique qui reproduit le comportement de chaque atome et ont observé ce qui se passe à l'interface entre la solution et le graphène pour des concentrations allant de 0,1 à 2 moles par litre.
Les ions sulfate modifient l'orientation des molécules d'eau dans la deuxième couche : celles-ci pivotent de telle sorte que le signal laser provenant de l'interface s'amplifie et se déplace vers le rouge. Cela correspond aux mesures expérimentales. Il s'avère que les ions ne se contentent pas de flotter à proximité, mais se stratifient en profondeur, et cette stratification contrôle les propriétés de l'eau à la surface.
Une telle structure en couches est importante pour les dispositifs où le graphène est en contact avec une solution : des batteries aux capteurs. En sachant comment les ions s'organisent près de la feuille, on peut ajuster plus précisément leur fonctionnement.
À la surface du graphène, l'eau se sépare en « crêpes » individuelles d'une épaisseur d'une molécule, et les ions occupent des couches bien définies, comme les passagers dans un avion – chacun à sa place.