Дорогие друзья!
Сегодня мы продолжим следить за путешествием рентгеновской волны в конденсированной среде и расскажем об одном удивительном явлении динамической дифракции - рентгеновской стоячей волне (XSW). Всем известный закон Брэгга при падении рентгеновского излучения на кристалл задаёт геометрию когерентного отражения от атомных плоскостей. При выполнении закона мы получаем значимое рентгеновское отражение от определённой плоскости, и интерференция этих волн приводит к образованию стоячей волны. Для описания поведения этих волн кинематического подхода к описанию дифракции недостаточно и на сцену выходит динамическая теория дифракции, согласно которой рентгеновское излучение и кристаллическая решётка уже не могут быть рассмотрены по отдельности: внутри кристалла возникает поле, которое определяется сразу и волной, и периодической структурой атомов.
Таким образом, интерференция падающей и дифрагированной волн и создаёт рентгеновскую стоячую волну, пространственно модулированную с периодом межплоскостного расстояния 𝑑.
Самое интересное, что при сканировании угла падения или энергии через брэгговский максимум относительная фаза между волнами изменяется. Это приводит к тому, что в реальном пространстве стоячая волна перемещается от положения, где пучности совпадают с атомными плоскостями, к положению между ними. И просто поставив над образцом рентгеновский дисперсионный детектор, мы можем меняя угол/энергию пучка с субангстремной(!) точностью определять положение тех или иных элементов по положению полос рентгеновской флуоресценции.

Казалось бы, причем тут монослои...

А всё дело в том, что геометрия рентгеновского отражения, в которой мы работаем на синхротронной станции, - идеальное условие для существования интенсивной рентгеновской стоячей волны в области полного внешнего отражения!
В таких условиях физика динамической дифракции остаётся прежней и, проходя от околонулевого угла падающего излучения до критического, мы изменяем положение пучности стоячей волны по всему интерфейсу - поставь рентгеновский детектор и ты увидишь какие атомы находятся ближе к поверхности воды, а какие дальше.

Давайте теперь посмотрим, для чего может быть применен метод XSW в монослоях Ленгмюра и чем его можно заменить
Спойлер: ничем, потому что, если для изучения структуры кристаллов доступен РСА, то изучение монослоёв этим прекрасным методом просто невозможно в такой же мере...

В первую очередь, определение положения тяжёлых атомов в монослоях является важным шагом на пути к созданию тонкоплёночных сенсоров на токсичные металлы. В нашей лаборатории развивается направление, связанное с разработкой сенсоров на основе монослоёв гемицианиновых хромоионофоров на катионы ртути, и здесь для определения селективности и механизма связывания крайне важно использование метода XSW. Так, при изучении монослоев гемицианиновых соединений было показано, что предварительное введение катионов бария в субфазу предотвращает агрегацию молекул и способствует их дальнейшему связыванию с целевым аналитом.
Обратим внимание, что без метода XSW невозможно определить, каким образом барий участвует в этом процессе и влияет на рецепторные свойства молекулы...
Измерения показали, что в присутствии катионов бария и ртути в монослое находится исключительно ртуть, в то время как ионы бария остаются в субфазе. Подобные результаты говорят о барий-индуцированной предорганизации монослоя только на этапе его формирования - после этого катионы ртути успешно связываются с рецепторной группой молекулы, чего не происходило бы без бария. В дальнейшем было показано структурное сходство монослоёв Ленгмюра и соответствующих плёнок Ленгмюра-Блоджетт гемицианиновых хромоионофоров - тоже с помощью XSW. И весь этот путь от агрегирующих молекул в монослое до селективного и чувствительного сенсора был бы невозможен без метода стоячих рентгеновских волн.