J. Phys. France 51, 1003-1026 (1990)
DOI: 10.1051/jphys:0199000510100100300

An investigation of the spot profiles in transmission electron diffraction from Langmuir-Blodgett films of aliphatic chain compounds

I.R. Peterson, R. Steitz, H. Krug et I. Voigt-Martin

Institut für Physikalische Chemie, Johannes Gutenberg Universität, Jakob Welder Weg. 11, D6500 Mainz, F.R.G.

Abstract
The profiles of the transmission diffraction spots from a Langmuir-Blodgett film of aliphatic chain compound are derived from three plausible models of molecular organisation : a polycrystalline phase with long-range orientational order; a paracrystal possessing a density of point defects which do not interrupt the lattice rows ; and a Nelson and Halperin hexatic smectic phase in the «Debye-Hückel» limit of weakly-interacting dislocations. The three resulting predictions are distinctly different. Experimental results are presented for the room-temperature diffraction patterns from Langmuir-Blodgett films of a lipid, DMPE, and the cadmium soap of a fatty acid, 22-tricosenoic. Only the Nelson and Halperin theory gives a satisfactory fit, although there are deviations attributable to paracrystal-type defects or to non-ergodic behaviour of the layer. Dislocation densities of between 10-4 and 10 -5 per molecule are deduced.

Résumé
Les profils des réflexions de Bragg provenant d'une couche de Langmuir-Blodgett sont dérivés selon trois modèles plausibles de l'organisation moléculaire : une phase polycristalline à ordre orientationnel de longue portée; un paracristal possédant une densité de défauts ponctuels qui ne dérangent pas les rangs moléculaires ; et une phase smectique hexatique du type Nelson et Halperin dans la limite « Debye-Hückel » où les interactions entre les dislocations sont faibles. Les trois prévisions sont nettement différentes l'une de l'autre. Des résultats expérimentaux à température ambiante sont présentés pour des couches de Langmuir-Blodgett fabriquées à partir d'un lipide, le DMPE, et du sel de cadmium d'un acide gras insaturé, le 22-tricosénoïque. Seule la théorie de Nelson et Halperin donne un accord satisfaisant, malgré des deviations qu'on peut attribuer à des défauts du type paracristallin ou à un comportement non ergodique de la couche. On en déduit des densités de dislocations de l'ordre de 10 -4 à 10-5 par molécule.

PACS
6843 - Chemisorption/physisorption: adsorbates on surfaces.
6855 - Thin film structure and morphology.
6818 - Langmuir-Blodgett films on liquids.

Key words
dislocation density -- electron diffraction examination of materials -- Langmuir Blodgett films -- long range order -- organic compounds -- point defects