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

I.2.4. Niveaux d'énergie des ions terres rares

Les ions des terres rares sont des ions optiquement actifs, ils sont caractérisés par deux types de transitions électroniques :

? Transitons intraconfigurationnelles : 4fⁿ---4fⁿ.

? Transitions interconfigurationnelles : 4fⁿ---4f^n-1d.

Une transition électronique suit également des règles de sélection; La première règle de sélection est que les transitions entre états de même parité sont interdites. En d'autres termes, les transitions f-f pures sont interdites, mais des transitions telles que s-p, p-d ou d-f seraient permises.

Les règles de sélection ne sont pas rigoureusement respectées. En particulier, ce sont généralement des bandes f-f en principe interdites selon la règle de Laporte qui donnent aux complexes leurs couleurs caractéristiques. Les raisons de cette relaxation des règles de sélection sont les suivantes :

? Interaction colombienne (répulsion électronique).

? Couplage Spin-Orbite.

? Champ cristallin.

? Couplage vibronique.

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La figure I.4 présente les différentes interactions conduisant à l'éclatement des configurations 4fⁿ des ions terres rares.

Terme 2S+1L

10^-3 Cm^-1

10^-4 Cm^-1

Couplage Spin-Orbite

Configuration 4f^n-15d

Champ cristallin

Sous niveau Stark

Multiple 2S+1LJ

10^-2 Cm^-1

Répulsion électronique

Energie (Cm-1)

Configuration 4fⁿ

Figure I.4 Eclatement des niveaux de la configuration 4fⁿ sous l'effet de différentes

interactions [9].

I.2.5. Ion actif Pr3+

Dans le cadre de ce mémoire, nous avons proposé l'étude des nanopoudres d'YPO4 dopées Aux ions du Pr³⁺. En effet, il est nécessaire de donner les différents niveaux d'énergie de ces Ions actifs. Les niveaux d'énergie des ions terres rares (TR³⁺) ont été reportés de façon générale dans le diagramme bien connu de Dieke [10].

L'ion Pr³⁺ possède une configuration éléctronique dont la couche 4fⁿ contient deux éléctrons qui sont caractérisés par les nombres quantiques orbitaux et de spin suivants : l1=l2=3 et s1=s2=1/2) ; dans ce cas les nombres quantiques orbitaux et de spin totaux sont :

L=0,1,2,3,4,5,6 S=0,1

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Le tableau I.2 ci-dessous récapitule les termes spectroscopiques ^2S+1L et les multiples ^2S+1Lj de l'ion Pr³⁺ ; le principe de Pauli impose le choix de L et S de la même parité.

Tableau I.2. Termes et multiples spectroscopiques de l'ion Pr³⁺ [7].

L	0	1			2	3			4	5			6
S	0	1			0	1			0	1			0
2S+1L	1S	3P			1D	3F			1G	3H			1I
2S+1Lj	^1S0	^3P0	^3P1	^3P2	^1D2	^3F2	^3F3	^3F4	^1G4	^3H4	^3H5	^3H6	^1I6
g( 2S+1Lj)	1	1	3	5	5	5	7	9	9	9	11	13	13

La figure I.5 représente les niveaux d'énergie de la configuration 4fⁿ de l'ion Pr³⁺.

Transitons

interconfigurationnelles

X 10³ (Cm^-1)

Transitons

intraconfigurationnelles

8

4

0

43050 Cm^-1

¹S0

4f¹5d

40

³P2

³P1- ¹I6

³P0

¹D2

¹G4

³F4- ³F3

³H6- ³F2

³H5

³H4

Figure I.5. Diagramme énérgitique de l'ion Pr³⁺ dans la matrice YPO4 [11].

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