Лист графена опускают в раствор сульфата натрия — обычной соли, похожей на поваренную. У самой поверхности вода перестаёт быть однородной: она выстраивается слоями, как стопка блинов. Между этими слоями и внутри них распределяются ионы — заряженные частицы, на которые распалась соль.
Долгое время считалось, что у графена охотнее скапливаются положительные ионы натрия, а отрицательные сульфат-ионы держатся подальше. Но недавние опыты показали странное: сульфат-ионы тоже лезут к поверхности. Авторы работы построили компьютерную модель, которая повторяет поведение каждого атома, и посмотрели, что происходит на границе раствора и графена при концентрациях от 0,1 до 2 моль на литр.
Сульфат-ионы меняют ориентацию молекул воды во втором слое: те поворачиваются так, что лазерный сигнал от границы раздела усиливается и сдвигается в красную сторону. Это совпадает с экспериментальными измерениями. Получается, что ионы не просто плавают рядом, а расслаиваются по глубине, и это расслоение управляет свойствами воды у поверхности.
Такая слоистая структура важна для устройств, где графен касается раствора: от батарей до датчиков. Зная, как именно ионы выстраиваются у листа, можно точнее настраивать их работу.
У поверхности графена вода расслаивается на отдельные «блины» толщиной в одну молекулу, и ионы занимают строго определённые слои, как пассажиры в самолёте — каждый на своём месте.