报告题目：钙镁诱导的生物友好（铁）磁性物质——基于统计物理的探索

报告时间：2026年10月29日（周四）10:00

报告地点：鼓楼校区唐仲英楼B501

报 告 人：方海平教授，华东理工大学/浙江大学

摘　　要：

生命体普遍存在的磁响应现象，包括磁导航，至今仍缺乏令人信服的机理解释。关键原因之一是，传统观点认为磁响应主要来自于以铁为主的传统磁性元素，但其含量远不足以解释所观察到的强磁响应。尽管生物体内含大量的钙、镁等离子，但通常被认为无法产生强磁响应。在本报告中，我们将展示，富含π电子结构的有机分子，例如含芳香环或碳氧双键（-C=O）的分子，与合适比例的钙、镁等离子混合，钙、镁离子表现出理论上预言的“一价”钙、镁离子的物理特性，相应结合体表现出强顺磁性甚至铁磁性。

上世纪80年代发现了离子和富含π电子的芳香环（富含碳碳双键）之间具有强非共价键作用，被称为离子-π作用。在水溶液中，尽管由于水合，离子-π作用被弱化，但芳香环上是“水合离子吸附–脱附–（另一个水合离子）吸附–脱附…”的动态过程，使这个作用在足够高盐溶液效果得以明显。对于低浓度离子溶液，离子能精确控制两层（氧化）石墨烯片的间距，使石墨烯膜具有出色的离子筛分性能^[1]。在相对高浓度的离子溶液中，石墨和石墨烯的表面上不仅形成二维晶体结构，晶体具有非常规化学配比结构，例如Na₂Cl ^[2] 和CaCl晶体^[3]。Na和Ca金属离子具有理论上按照非常规价态预言的物理行为，具有净自旋，相应的晶体具有铁磁性和金属性。对于具有离散芳香环的生物分子AYFFF和DNA，其组装结构在吸附了钙、镁等二价离子后对外磁场有很强的顺磁响应。进一步，对于富含-C=O的有机分子（如人体友好的海藻酸和人体具有的海藻酸），在合适比例的钙、镁等离子诱导下，表现出超强顺磁性甚至铁磁性^[4]。

［1］Chen et al.,Nature 550, 380(2017)

［2］Shi et al., Nat. Chem. 10, 776(2018)

［3］Zhang et al., Natl. Sci. Rev. 8, nwaa274(2021)

［4］Chen et al., Nat. Mater. 25,848(2026)

报告人简介：

方海平，华东理工大学/浙江大学物理学院教授。毕业于中科院理论物理研究所（1994博士）。曾就职于复旦大学、中科院上海应用物理研究所、中科院上海高等研究院。长期从事界面水、纳米生物学和理论物理学的交叉研究，特别是受限尺度空间中水和离子的特性、及其诱导的生物分子特性和具有非常规化学元素配比的新材料等。系列工作以通信作者发表在 Nature、Nat. Mater.、Nat. Chem.、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.Natl. Sci. Rev.、PNAS、PRL、JACS和Energy Environ. Sci.等。获中国科学院百人计划、国家杰出青年基金，上海市自然科学一等奖。

主办：南京大学物理学院、江苏省物理学会、江苏省物理科学研究中心

联系人：雷群利老师，lql@nju.edu.cn