Positronium in room temperature ionic liquids

室温イオン液体中のポジトロニウム

平出 哲也  

Hirade, Tetsuya

ポジトロニウムは絶縁物中で負の仕事関数をもつため、ポジトロニウムと周囲分子との間の反発によって、液体中ではバブルが形成される。バブルが安定するにはエネルギーを失う必要がある。通常の液体中では10ピコ秒程度で安定化するが、イオン液体中では異なる。TMPA-TFSI中では1ナノ秒程度必要である。オルソーポジトロニウムのピックオフ消滅率はそのバブルの大きさに依存し、よって、バブルサイズの変化がオルソーポジトロニウムのピックオフ消滅率の変化として寿命スペクトル上に現れることが予測され、実際に、安定化する前に、バブルが振動していることが見出された。一方、より遅い時間領域で見られるオルソーポジトロニウムのピックオフ消滅率は、イオン液体の表面張力から予測されるものよりも小さいことがわかってきた。陽電子消滅法は、イオン液体の構造の研究において非常に重要な手法になると考えられる。

Ps has a negative work function in insulating materials and the repulsion between Ps and surrounding molecules can form a bubble in liquids. It is needed to lose energy to have a stable bubble state. The Ps bubble stabilizes within about 10 ps in usual liquids, but not in room temperature ionic liquids (IL). It would take about 1 ns in TMPA-TFSI. The ortho-Ps pick off annihilation probability depends on the size of the Ps bubble and hence the change of the ortho-Ps pick-off annihilation rate caused by the change of the bubble size on the lifetime spectra was expected. The results obtained from the lifetime spectra for TMPA-TFSI indicate that the Ps bubble oscillates in IL before the Ps bubble stabilization. On the other hand, the ortho-Ps pick-off annihilation rate obtained at older positron age region showed smaller annihilation rates than the expected one with the surface tension of IL. Positron annihilation methods will be a very strong tool to investigate the structure of IL.