Positronium formation in room temperature ionic liquids

イオン液体中のポジトロニウム形成

平出 哲也  

Hirade, Tetsuya

ポジトロニウム(電子と陽電子の結合状態)形成を利用して、イオン液体中の溶媒和されるまでの電子の状態を調べるために、陽電子消滅寿命(PAL)及び時間分解陽電子消滅線エネルギー(AMOC)の測定を行った。絶縁物質中のポジトロニウム形成は、スパー反応モデルでうまく説明できる。入射された陽電子は周囲原子分子をイオン化・励起し、スパー形成を繰り返し、陽電子自身は最後のスパーで熱化することになる。そこで陽電子はイオン化の際に放出された電子とポジトロニウムを形成する機会を得る。一旦、電子と陽電子がどこかに局在すると移動度が大きく減少するために、ポジトロニウム形成は起こらなくなる。つまり、ポジトロニウム形成は電子と陽電子が局在する以前に起こるため自由に拡散している電子の情報を得ることができる。例えば、電子が比較的長い時間、自由に拡散していると、その間ポジトロニウム形成が可能となる。通常、電子はピコ秒程度までには局在すると考えられるが、イオン液体中では従来の多くの物質中の現象と異なり、数十ピコ秒程度まで電子が自由に拡散していることが明らかとなった。

Positron lifetime measurements and age-momentum correlation measurements were performed for several ionic liquids to investigate free electrons through positronium (Ps, a bond state of an electron and a positron) formation. An injected positron forms spurs (cations and excess electrons) and thermalizes at the terminal spur where the positron has a chance to form Ps with one of excess electrons. When positrons and/or electrons are localized somewhere, their mobility becomes much smaller and Ps cannot be formed usually. It means that Ps formation can give information of reactions of mobile electrons and positrons. If the dry electrons can diffuse for long time, Ps formation is quite possible even at the later positron age such as 10100 ps. The slow Ps formation was observed in the room temperature ionic liquids.