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Université d'Angers (10/07/2007), Mr André MONTEIL (Dir.)
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Spectroscopies et modélisation de verres de silice dopés d'ions de terre rare - influence du co-dopage
Guillaume Alombert-Goget1

Cette étude porte sur le rôle d'un co-dopage sur l'environnement des ions de terre rare dans un verre de silice et ses conséquences sur la spectroscopie de l'élément luminescent. Deux codopages différents ont été étudiés : un co-dopage par des ions aluminium et un par des ions hafnium. Les échantillons de verre dopé et co-dopé ont été obtenus par procédé sol-gel et étudiés par différentes méthodes d'investigations expérimentales : spectroscopie de luminescence, spectroscopie FLN, spectroscopie Raman, spectroscopie EXAFS. En parallèle des observations expérimentales, des simulations numériques par dynamique moléculaire ont été réalisées pour détailler différents environnements hypothétiques. Ce travail a mis en évidence des modifications dans l'environnement proche de la terre rare par l'incorporation de co-dopant dans le matériau qui ont été interprétées comme : une augmentation du nombre d'oxygène non-pontant améliorant la solubilité des ions de terre rare dans le verre ; une augmentation de la distance et une modification de la covalence des premiers voisins par rapport à la terre rare induisant une augmentation du champ cristallin subi par l'ion luminescent et une diminution de l'énergie de phonon réduisant les transferts d'énergie. Les simulations par dynamique moléculaire n'ont pas révélé un effet dispersant de l'aluminium sur les agrégats d'ions de terre rare. Par contre l'effet a pu être clairement observé sur les simulations numériques de verre contenant de l'hafnium.
1:  LPOMA - Laboratoire des propriétés optiques des matériaux et applications
verres dopés – terre rare – co-dopage – luminescence – dynamique moléculaire.

Spectroscopy and modelling of rare earth doped silicate glasses- influence of co-doping
This study concerns the role of a co-doping agent on the environment of the rare earth ions in silica glass and its consequences on the spectroscopy of the luminescent element. Two different co-doping agents were studied: aluminium and hafnium ions. The samples of doped and co-doped glasses were obtained by sol-gel process and were studied by different experimental methods: luminescence spectroscopy, FLN spectroscopy, Raman spectroscopy, and EXAFS spectroscopy. In parallel some numerical simulations using molecular dynamics technique were carried out to detail various hypothetical environments. This work highlighted modifications in the rare earth environment by the incorporation of a co-doping agent in a material. These modifications were interpreted as: an increase in the number of non-bridging oxygen improving the rare earth ions solubility in glasses; an increase in the distance between oxygen and the rare-earth ions and a modification of the first neighbours covalence inducing an increase of the crystal field undergone by the luminescent ion; and a reduction of the phonon energy which has for consequence a decrease of luminescence quenching. Molecular dynamics simulations have not revealed a dispersing effect of aluminium on the rare earth clustering. On the other hand, the effect could be clearly observed on the numerical simulations of hafnium-containing glass.