Luminescence et transferts d'énergie dans les phases Ca₁₀(PO₄)₆F₂ : Gd³⁺, Tb³⁺, E³⁺ et RbGd₃F₁₀ : Eu³⁺

Abstract

Ce travail est consacré à l’étude de la luminescence des ions Gd³⁺ et Tb³⁺ dans Ca₁₀(PO₄)₆F₂ et des transferts d’énergie Tb³⁺ → Eu³⁺ dans Ca₁₀(PO₄)₆F₂ et Gd³⁺ → Eu³⁺ dans RbGd₃F₁₀ : Eu³⁺. Une source de lumière continue (lampe au xénon) ou à impulsion (laser à azote et laser accordable) est utilisée pour exciter dans l’U.V. ou bine sélectivement dans un des niveaux des ions étudiés, à différentes températures. L’analyse des spectres de la fluorescence de l’ion Gd³⁺ inséré dans la fluorapatite calcique montre sans ambiguïté l’existence de deux sites cristallographiques occupés par l’ion actif. L’ion Tb³⁺ inséré dans le même matériau montre une fluorescence verte très intense. Il n’y a pas d’extinction par concentration dans le domaine de concentration étudié. Le peuplement du niveau ⁵D₄ est dû à un processus de relaxation croisée ⁵D₃→⁵D₄. Lorsque les deux ions Tb³⁺ et Eu³⁺ coexistent dans le matériau Ca₁₀(PO₄)₆F₂, un transfert d’énergie Tb³⁺ → Eu³⁺ est mis en évidence au cours duquel les niveaux ⁵D₄ de l’ion Tb³⁺ et ⁵D₀ de l’ion Eu³⁺ sont directement connectés. La dynamique de transfert est décrite en terme de diffusion rapide. Dans les phases Rb(Gd, Y)₃F₁₀, l’ion gadolinium trivalent s’est avéré une sonde structurale et optique beaucoup plus sensible que l’ion Eu³⁺ couramment utilisé. En effet une bonne corrélation est établie entre les résultats optiques concernant la fluorescence de l’ion Gd³⁺ et les données structurales, notamment pour le dénombrement des sites occupés par la terre rare. Un transfert d’énergie Gd³⁺ → Eu³⁺ est mis en évidence dans les deux formes structurales que présente le composé RbGd₃F₁₀. L’étude de la dynamique de transfert d’énergie Gd³⁺ → Eu³⁺ a montré que pour les phases cubiques RbGd₂,₈₅Y₀,₁₅₋xEuxF₁₀, le processus de sensibilisation pouvait être décrit en terme de quasi-diffusion selon le modèle de BURSHTEIN. Par contre pour les phases hexagonales RbGd₁,₈Y₁,₂₋xEuxF₁₀, il semblerait qu’on est en présence d’un transfert d’énergie différent selon le site qu’occupe l’ion sensibilisateur.