近期，文理学院研究员张越宇老师于Nature子刊 Nature Materials 发表的重要论文《Unexpected strong paramagnetism of hydrogels containing carbon–oxygen double bonds induced by calcium cations》引起了广泛关注。该研究直指一个长期存在的基础科学问题：碱土金属离子外层电子完全配对，理论上不应表现出稳定磁性。然而，在部分水凝胶和聚合物体系中，却反复观测到异常顺磁性，这一现象长期缺乏可靠的理论解释。针对这一关键问题，张越宇借助自主开发的逆向材料设计方法 IM²ODE，系统探索碱土金属离子在局域羧基配位网络中的结构与电子态演化规律。研究发现，在限域配位环境下，离子——配体之间的电子相互作用会诱导局域电子态发生重排，从而形成具有稳定净磁矩的结构单元，并最终在宏观上表现出可观测的磁性行为。
这一工作首次提出“限域配位诱导磁性”的构效关系机制，突破了传统认知，为软物质磁性材料的设计提供了全新的理论基础。
IM²ODE如何改变材料发现方式这一突破的背后，是一套全新的材料设计范式——逆向材料设计。传统材料研究通常遵循“结构 → 性质”的路径，需要大量试错。而 IM²ODE（Inverse Design of Materials by Multi-objective Differential Evolution） 则从根本上改变了这一逻辑：从“需要什么性质”出发，反向寻找“应该是什么结构”。该设计方法由张越宇研究员开发，基于多目标差分演化算法（Multi-objective Differential Evolution），并采用开源方式发布。其核心目标是在庞大的结构空间中，直接搜索满足目标性能的材料结构，从而显著降低研发成本并加速新材料发现。
与传统单目标算法相比，IM²ODE的关键优势在于：可同时优化多个物理目标（如稳定性+带隙+磁性），能在复杂构型空间中实现“定向搜索”，显著提升找到目标材料的概率与效率。
从张越宇研究员的研究中可以看到，IM²ODE不仅是一个计算工具，更代表了一种正在成型的研究范式：从经验驱动 → 机制驱动 → 目标驱动（逆向设计）在这一框架下，材料科学正从“发现材料”走向“设计材料”。而“限域配位诱导磁性”等新机制的提出，也表明：当计算方法具备足够的表达能力时，新的物理规律本身也可以被“设计出来”。这正是下一代材料科学最具潜力的方向之一。（供稿：文理学院党政综合办）