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Electron spin resonance study on H$$_6$$$$^+$$, H$$_5$$D$$^+$$, H$$_4$$D$$_2$$$$^+$$, and H$$_2$$D$$_4$$$$^+$$ in solid parahydrogen

固体パラ水素中におけるH$$_6$$$$^+$$, H$$_5$$D$$^+$$, H$$_4$$D$$_2$$$$^+$$,及びH$$_2$$D$$_4$$$$^+$$の電子スピン共鳴分光研究

熊谷 純*; 稲垣 宏樹*; 刈谷 奏*; 牛田 考洋*; 清水 裕太*; 熊田 高之  

Kumagai, Jun*; Inagaki, Hiroki*; Kariya, Susumu*; Ushida, Takahiro*; Shimizu, Yuta*; Kumada, Takayuki

放射線照射した固体パラ水素中にH$$_6$$$$^+$$イオンとその同位体H$$_5$$D$$^+$$, H$$_4$$D$$_2$$$$^+$$, H$$_2$$D$$_4$$$$^+$$の電子スピン共鳴信号を観測することに初めて成功した。これは水素分子イオンはすべてH$$_3$$$$^+$$かそれを核にしたクラスターイオンであるとするこれまでの通説を否定する意義深い研究である。われわれはまたH$$_5$$D$$^+$$, H$$_4$$D$$_2$$$$^+$$において主軸上に沿って顕著な電子の波動関数におけるD$$_{2it d}$$対称の破れがあることと、H$$_6$$$$^+$$+HD$$rightarrow $$H$$_5$$D$$^+$$+H$$_2$$などの同位体濃縮反応が起こっていることを見いだした。

We carried out an electron spin resonance (ESR) study on hydrogen ion radicals produced by radiolysis of solid parahydrogen. We newly observed totally more than fifty resolved lines in irradiated solid parahydrogens. We assigned these lines to be isotope substituents of H$$_2$$$$^+$$-core H$$_6$$$$^+$$ ions such as H$$_5$$D$$^+$$, H$$_4$$D$$_2$$$$^+$$, and H$$_2$$D$$_4$$$$^+$$ throughout comparison of their ESR parameters with theoretical results. These results show conclusive evidence that H$$_2$$$$^+$$-core H$$_6$$$$^+$$ ions are produced and stably trapped in irradiated solid hydrogens. We also observed a lowering symmetry on electron wave function in H$$_5$$D$$^+$$ and H$$_4$$D$$_2$$$$^+$$, and isotope-substitution reactions such as H$$_6$$$$^+$$+D$$_2$$$$rightarrow $$H$$_4$$D$$_2$$$$^+$$+H$$_2$$ and H$$_6$$$$^+$$+HD$$rightarrow $$H$$_5$$D$$^+$$+H$$_2$$.

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