Étude de la photoconductivité dans les matériaux luminescents isolants dopés terres rares par la méthode de la cavité résonnante micro-ondes
Institution:
Lyon 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
De nombreuses applications technologiques sont basées sur les propriétés de luminescence des ions de terres rares insérés en tant que dopants dans des matériaux cristallins isolants. Les transitions interconfigurationnelles 4fn→4fn-15d des ces ions donnent lieu à des bandes d’émission larges et intenses dans un domaine proche de l’UV. Cependant, les niveaux d’énergie de la configuration excitée des ions dopants étant généralement situés proches de la bande de conduction du matériau hôte, l’interaction entre ces deux systèmes peut engendrer des processus de photoionisation des ions optiquement actifs puis de délocalisation électronique, limitant ainsi les rendements lumineux. Dans ce contexte, l’objectif de notre travail a été de développer une technique expérimentale novatrice pour réaliser des mesures de photoconductivité. La méthode proposée, dite méthode de la cavité résonante micro-ondes, s’appuie sur l’utilisation d’un champ hyperfréquences comme sonde des modifications transitoires des propriétés diélectriques d’un matériau soumis à une brève irradiation laser. Cette technique a l’avantage majeur de permettre l’observation de la dynamique de la photoconductivité, en donnant accès à la nature et au devenir des porteurs de charges impliqués, et permet en outre d’élargir la gamme des matériaux étudiés, des cristaux massifs aux poudres nanométriques. Les résultats présentés concernent des scintillateurs dopés Ce3+, largement utilisés dans le domaine de l’imagerie médicale, et des fluorures alcalino-terreux dopés par divers ions terres rares, matériaux d’école pour la compréhension des mécanismes de photoionisation et de solarisation affectant les matériaux laser
Abstract FR:
Many technological applications are based on the optical properties of rare-earth ions-doped dielectric crystals. Indeed, the 4fn→4fn-15d interconfigurationnal transitions of such ions give rise to broad, intense emission bands from the visible to the UV range. However, the energy levels of excited configurations of these optically active ions are usually located close to the host material conduction band, which can result in electronic transfers between the two systems, followed by electronic delocalization processes, thus reducing the overall efficiency of optical emission. In this context, the main objective of this work was to develop a new experimental method for photoconductivity measurements in these isolating materials, to gather information on the delocalization processes affecting the efficiency of optical materials and allow a precise positioning of the excited levels of rare-earth ions within the band gap of the host crystals. This new technique, so called the Microwave Resonant Cavity Technique, is based on the use of a microwave field as a probe of the transient modifications affecting the dielectric properties of a sample, while submitted to laser pulses. Among other benefits over pre-existing techniques, it gives access to the dynamics of the delocalization processes and to the nature of the charged species involved, and it can be applied to various types of samples, from bulk crystals to nanometric powders. The main results presented here were obtained on Ce3+-doped scintillating crystals, as well as on rare-earth-doped fluoride crystals which were well suited for the study of photoionization and solarization mechanisms affecting solid-state laser materials