Caractérisation structurale et de photoluminescence des nanopoudres YPO4 synthétisées par la voie sol-gel dopées aux ions Pr3+

III.3.2.2 Transition intraconfigurationnelles 4f2--4f15d1 a. Spectre d'excitation

Les spectres d'excitation Vis relatifs aux transitions intraconfigurationnelles 4f²---4f² des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (x at %), enregistrés une longueur d'émission (ëem = 588 nm) correspond à la fluorescence ¹D2 ? ³H4 sont présentés sur la figure III.8.

Les spectres d'excitation font apparaître trois pics d'absorption localisées à : 449nm, 470nm, 490nm, qui sont attribués aux transitions intraconfigurationnelles 4f² ? 4f²: ³H4 ? ³P2, ³H4 ? ³P1 + ¹I6, ³H4 ? ³P0 [4].

^{380 400 420 440 460 480 500 520 540 560}

? ^(nm)

³⁰⁰⁰

²⁵⁰⁰

²⁰⁰⁰

¹⁵⁰⁰

¹⁰⁰⁰

⁵⁰⁰

⁰

^?Em=588nm

^3H4----3P2

^3H4----3P1

^3H4

^----3P0

^{0.1% 0.5% 1% 2% 5%}

Figure III.8. Spectres d'excitation des poudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous émission à 588 nm

Physique des matériaux 49

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+

b. Spectre d'émission

Les spectres d'émission des échantillons ont été enregistrés sous excitation Vis à 449 nm correspond au pic d'absorption plus intense dans les spectres d'émission obtenus (figure III.8) , qui est attribué à la transition ³H4 ? ³P2.

Les spectres d'émission obtenus présentent un certain nombre de pics d'émission situés entre 580nm et 620nm et qui sont attribués aux transitions d'émission ¹D2?³H4, figure.III.9. L'observation de la transition ¹D2 ? ³H4 (émission rouge) est due à la relaxation non radiative à partir des niveaux ³PJ (J = 0, 1 et 2) + ¹I6 au niveau ¹D2 [8, 9]. Il est connu que l'interaction des ions Pr³⁺ avec les phonons de la matrice est responsable de la relaxation non radiative et qu'une émission efficace provenant du niveau ¹D2 ne peut être observée que dans les hôtes ayant des énergies de phonon élevées, dans notre cas l'énergie des phonons de la matrice YPO4 est (1080 Cm^-1) [10]. La variation de l'intensité de luminescence ¹D2 ? ³H4 des ions Pr³⁺ dans les poudres YPO4 avec différentes taux de dopage est présentées sur la figure III.10.

X 10³ (Cm^-1)

^{450 500 550 600 650 700}

? ^(nm)

4f¹5d

40

³P2

³P1- ¹I6

³

8

¹G4

ëex = 449 nm

³F4- ³F3 ³H6- ³F2

³H5

³H4

P0

¹D2

4

0

³⁵⁰⁰

³⁰⁰⁰

²⁵⁰⁰

²⁰⁰⁰

¹⁵⁰⁰

¹⁰⁰⁰

⁵⁰⁰

⁰

^?Ex=449nm

^1D2----3H4

^{0.1% 0.5% 1% 2% 5%}

Figure III.9. Spectres d'émission des poudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous excitation à 449 nm et un schéma explicatif des transitions intraconfigurationnelles

Physique des matériaux 50

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+
^5x104 ^4x104 ^3x104 ^2x104 ^1x104 ^0

^{0 1 2 3 4 5}

^{Concentration en ion Pr3+} (%)

Figure III.10. Variation de l'intensité de la fluorescence ¹D2 ? ³H4 en fonction du taux de dopage en ions Pr³⁺ dans les nanopoudres YPO4 sous excitations Vis

Nous notons également que pour tous les échantillons et sous excitation visible présentent une intensité d'émission ¹D2 ? ³H4 plus élevée par rapport à celle obtenu sous excitation UV. En effet, sous l'énergie d'excitation UV, le nombre d'électrons atteignant la configuration d'excitation la plus faible en énergie 4f5d contribuent aux processus radiatif et non radiatif. Par conséquent, même si une partie de ces électrons peuplé le niveau d'énergie ¹D2, un nombre important d'entre eux participe aux transitions 4f5d ? ³HJ. D'autre part, lors de l'excitation Vis (³H4 ? ³P2), tous les électrons excités sont transférés par un processus non radiatif au niveau d'énergie ¹D2, ce qui explique la différence en intensité de la transition ¹D2 ? ³H4 obtenue lors l'excitation sous UV ou Vis. La concentration optimale de l'ion Pr³⁺ dans les échantillons sous excitation Vis est de 0,1%, cette valeur coïncide avec celle observée sous excitation UV. Le phénomène de `'quenching» de niveau ¹D2 sous l'excitation à ³P2 est provoqué lorsque la concentration en ion Pr³⁺ augmente, cela est due à la réabsorption de la lumière émise par les dopants (interaction dopant-dopant), ainsi, un processus non radiatif est provoqué.

Physique des matériaux 51

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+