Positronium bubble oscillation in room temperature ionic liquids; Temperature dependence

室温イオン液体中のポジトロニウムバブルの振動; 温度依存性

平出 哲也  

Hirade, Tetsuya

ポジトロニウム(陽電子と電子の結合状態)は物質中で負の仕事関数を持つため、液体中ではサブナノサイズのバブルを形成する。バブルが形成される際に、その大きさが安定するまでに、バブルの大きさの変化や振動が起こると考えられる。陽電子消滅法は、対消滅線を検出することで行われる手法であるが、その時間分解能は100-200ピコ秒程度であり、通常短時間で起こる液体中のバブル形成過程は、計測された例がない。室温イオン液体中における陽電子消滅過程では不思議な現象が多く見られてきたが、最近、これらが、バブル形成に時間を要するためであることが明らかとなってきた。そこで、バブル形成時の振動などが計測できる可能性があり、実際に、バブルサイズに依存する、三重項ポジトロニウムの消滅率の振動として捕らえることに成功した。一方、この振動の周期や減衰は、サブナノスケールにおける動的粘弾性を示しており、室温イオン液体をはじめとする液体の新しい動的特性評価法となりえることを示しており、振動が温度依存することを示すことで、動的特性が反映されていることも確認した。

Positronium (Ps; a bound state of positron and electron) has a negative work function in materials and forms a bubble state in liquids. On the way of stable bubble state, the bubble grows and probably oscillates. The usual fast bubble formation has not been observed with the time resolution of the positron annihilation methods that is usually 100-200 pico-seconds. There had been many anomalous phenomena observed in the room temperature ionic liquids (RTIL). Recently it was found that very slow bubble formation caused these anomalous phenomena. And hence the oscillation of the Ps bubble was successfully observed by the change of the annihilation rate of the triplet Ps that is affected by the size of the bubble. The oscillation and the decay of the bubble give the information of the viscoelastic properties at the sub-nano scale. The temperature dependence of the oscillation has been also successfully indicated.