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

III.3.2 Spectroscopie de photoluminescence

III.3.2.1 Transition interconfigurationnelles 4f2--4f15d1 a. Spectres d'excitation

Nous avons reporté sur la figure III.4 les spectres d'excitation des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (x %. at) enregistrés pour une longueur d'onde d'émission à 260nm (ëem = 260 nm).

Le spectre d'excitation obtenus sont composés d'une bande d'absorption large intense dans la région UV centrée à 225 nm qui peut être attribuée aux transitions interconfigurationnelles dipolaires électriques permises de l'état fondamental 4f² (³H4) au niveau d'énergie le plus bas de la configuration 4f5d (4f² (³H4) ? 4f5d) [5, 6].

Physique des matériaux 44

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

^8,0x104

^6,0x104

^4,0x104

^2,0x104

^1,4x105

^1,2x105

^1,0x105

^0,0

? ^em=260nm

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

^{4f2(3H4) 4f5d}

^{200 210 220 230 240 250}

^?(nm)

Figure III.4. Spectres d'excitation de la fluorescence des naopoudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous émission UV Xem = 260 nm

b. Spectres d'émission

D'après les spectres des excitations obtenus, nous avons enregistré les spectres d'émission des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous excitation à 230nm (Xex = 230 nm). Les spectres obtenus sont reportés sur la figure III.5.

Les profils des spectres d'émission enregistrés pour les nanopoudres YPO4 en fonction du taux de dopage en ion Pr³⁺ sont tout à fait comparables. Les spectres d'émission présentent des bandes larges et intenses se produisant dans le domaine spectral 240-280 nm, qui sont attribuées aux émissions du niveau 4f5d le plus bas aux groupes de niveaux 4f² suivants: (³H4, ³H5), (³H6, ³F2) et (³F3, ³F4), les pics de plus faibles intensités qui sont observés aux alentours de 350 et 400 nm correspondent aux transitions d'émission interconfigurationnelles 4f5d ?³PJ + I6 de l'ion Pr³⁺ [4, 20].

Physique des matériaux 45

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

X 10³ (Cm^-1)

^{4f5d---- 3H4-3H5}

^{4f5d----3Pj,I6}

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

^?Ex=230nm

^{4f5d----4F2-3H6}

^{225 250 275 300 325 350 375 400}

? ^(nm)

⁴⁰⁰

³⁰⁰

²⁰⁰

⁶⁰⁰

⁵⁰⁰

¹⁰⁰

⁰

40

8

0

4

4f¹5d

ëex = 230 nm

³P2

³P1- ¹I6

³F4- ³F3

³P0

¹G4

³H6- ³F2

³H5

¹D2

³H4

Figure III.5. Spectres d'émission de la fluorescence des poudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous
excitation à 230 nm et un schéma explicatif des transitions observées

Nous montrons également sur la figure.III.6. Les spectres d'émission obtenus sous excitation UV à 230 nm enregistrés entre 450nm et 700 nm. Seule l'émission rouge correspondant à la fluorescence intraconfigurationnelle ¹D2 ? ³H4 (586 nm) a été observée.

Physique des matériaux 46

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^{560 580 600 620}

? ^(nm)

²⁵⁰

²⁰⁰

¹⁵⁰

¹⁰⁰

⁵⁰

⁰

^?Ex=230nm

^1D2----3H4

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

Figure III.6. Spectres d'émission de la fluorescence 'D2-³H4 des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (x %. at) sous émission UV à 230 nm

L'analyse approfondie des spectres d'émission des échantillons ((figure.5) et (figure.6)) indique l'existence d'un processus important c'est le phénomène d'émission en cascade (PCE) sous excitation UV (230nm) et qui on appelle communément `'Down conversion» [7]. Sous excitation UV à 230nm les électrons ont été excités aux niveaux 4f5d, dans ce cas deux types des transitions peuvent se produire, le premier situé en dessous de 500 nm qui est attribué aux transitions interconfigurationnelles 4f' 5d'-³HJ, ³PJ + I6, et le second situé dans la région rouge avec un maximum situé à 588 nm, attribuée à la transition intraconfigurationnelle 'D2-³H4 [7].

En outre, nous avons pensé que le niveau d'énergie 'D2, qui participe au processus d'émission en cascade (PCE), se peuplé de deux manières; Par relaxation radiative et non radiative à partir du niveau d'énergie excité le plus bas 4f'5d', comme représenté schématiquement sur la figure.7.

Physique des matériaux 47

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À partir de cette étude, il est important de noter que la concentration optimale en ion Pr³⁺ qui donne une meilleure luminescence en termes de l'intensité dans les nanopoudres YPO4 synthétisées par la voie sol gel dépend de la plage de mesure des émissions considérée. En effet, dans une fluorescence sous excitation interconfigurationnelle dans l'intervalle UV (200400 nm), la valeur optimale de concentration est de 2%.at, par contre dans le cas de la fluorescence visible est de 0.1%.at.

X 10³ (Cm^-1)

³H4

4f¹5d

40

Photon 1

ëex = 230 nm

³P2

³P1- ¹I6

³P0

¹D2

Photon 2

¹G4

8

³F4- ³F3

³H6- ³F2

³H5

4

0

Figure III.7. Représentation schématique de phénomène PCE

Physique des matériaux 48

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