LIPID AND SIMPLE LIQUID SURFACES

Résumé
La réflectivité des rayons X sur une surface liquide en incidence rasante à des angles α supérieurs à l'angle α_c de réflexion totale fournit des informations détaillées sur le profil de densité électronique moyenne ρ(z) au niveau de la surface. On montre aisément¹ que le rapport de la réflectivité observée R(α) sur la réflectivité de Fresnel R_F(α), qui correspond à un profil de densité infiniment abrupt, est donné par la transformée de Fourier du gradient de densité ρ(z) : R(α) / R_F(α) = | ∫ρ'(z) exp(iQz) dz|² où Q = 2k sin α est le transfert de vecteur d'onde pour la réflexion spéculaire. La méthode a été utilisée pour étudier : (i) la rugosité thermique des liquides simples² (ii) l'ordre smectique des cristaux liquides^3,4,5 (iii) les monocouches d'acides gras⁶, de surfactants⁷, de phospholipides⁸ sur l'eau et les micro-émulsions⁹. On peut renforcer le contraste entre la monocouche, la phase sous-jacente ou des parties spécifiques de molécules en remplaçant les rayons X par des neutrons thermiques, après substitution isotopique¹⁰. La réflectivité des neutrons est également sensible au magnétisme de surface. Les structures dans le plan^6,7,8 peuvent être obtenues par diffraction en incidence rasante pour des angles α proches de α_c.

Abstract
X-ray reflectivity of a liquid surface at glancing angles α well beyond the glancing angle α_C for total reflection yields detailed information about the average electron density profile ρ(z) across the surface. It is easily shown¹ that the ratio of the observed reflectivity R(α) and the Fresnel reflectivity R_F(α) corresponding to an infinitely sharp density profile measures the Fourier transform of the density gradient ρ'(z) : R(α)/R_F(α) = |∫ρ'(z)exp(iQz) dz|² with Q = 2ksinα being the wave vector transfer at specular reflection. The method has been used to investigate (i) thermal roughness of simple liquids² (ii) smectic layering of liquid crystals^3,4,5 (iii) monolayers on water of fatty acids⁶, surfactants⁷, phospholipids⁸ and of microemulsions⁹ Using thermal neutrons beams in stead of X-rays one can enhance the contrast between monolayer and subphase and of specific parts of molecules by isotope substitution¹⁰. Neutron reflectivity is also sensitive to surface magnetism. In-plane structures^6,7,8 can be deduced from grazing incidence diffraction for α near α_C.