液-汽界面结构：来自液体状态理论、大规模模拟与潜在掠入射X射线衍射的视角
软凝聚态物质
2024-04-10 v2 统计力学
化学物理
摘要
掠入射X射线衍射(GIXRD)是一种散射技术，可表征流体界面至分子尺度的结构，包括表面张力与界面粗糙度的测量。然而，在非零波数下相应的标准数据分析被批评为无定论，因为散射强度受到来自体相的不可避免散射的污染。此处我们通过提出一个基于最小实验相关假设集的、物理上一致的体相贡献模型，克服了这一模糊性。为此，我们推导了背景散射的显式积分表达式，其可作为独立输入由共存体相的静态结构因子数值确定。关于由计算机模拟推断的GIXRD数据之解释，我们还考虑了体相的有限尺寸，这在模拟中不可避免。超越对散射强度主导贡献的相应首阶修正由渐近分析揭示，在模拟情形下其以线性系统尺寸与X射线穿透深度之间的竞争为特征。具体而言，我们通过广泛的高精度模拟，计算了具截断对相互作用的伦纳德-琼斯(Lennard-Jones)流体在平面液-汽界面处散射的预期GIXRD强度。所报道数据覆盖了沿整条液-汽共存线的流体态的界面与体相性质。敏感性分析证明了我们的发现关于平均界面位置详细定义的稳健性。我们得出结论：先前关于介观尺度表面张力增强的论断，可通过散射实验进行无歧义检验。
引用
@article{arxiv.2311.06425,
title = {Structure of liquid--vapor interfaces: perspectives from liquid state theory, large-scale simulations, and potential grazing-incidence X-ray diffraction},
author = {Felix Höfling and Siegfried Dietrich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.06425},
year = {2024}
}