Метастабильные состояния, гистерезис и медленная динамика на водном интерфейсе стекла, выявленные с помощью микроскопии генерации второй гармоники

Интерфейсы стекло/вода лежат в основе электрокинетики, микрофлюидики и множества экспериментов в области физики и биофизики. Однако, несмотря на их повсеместное распространение, их молекулярная структура и электростатические свойства в условиях потока остаются слабо изученными. В данной работе использовалась микроскопия генерации второй гармоники в сочетании со спектроскопией комбинационного рассеяния света для прямого отслеживания динамики поверхностного потенциала водного интерфейса стекла при циклическом изменении pH. Показано возникновение гистерезиса в скорости релаксационных процессов на поверхности стекла при скачкообразных изменениях pH раствора. Эксперименты с циклическими изменениями pH показали, что интерфейс стекла может занимать множество метастабильных зарядовых состояний, при которых поверхностный потенциал постепенно изменяется от $-110$ мВ до $-25$ мВ. Такое зависящее от предыстории поведение имеет важное значение в биофизике и физике конденсированных сред, где одиночные молекулы, наноразмерные кристаллы и клетки могут подвергаться влиянию поверхностного потенциала от стеклянных подложек.