Etude par simulation numérique de la structure et de la dynamique d'un ion luminescent en solution dans l'eau. Calcul des propriétés spectroscopiques

A Study of the structure and dynamics of a luminescent ion in an aqueous solution by numerical simulation. Calculation of the spectroscopic properties

• Auteur / Autrice : Stéphane Chaussedent
• Direction : André Monteil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Angers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structure

Europium

Dynamique moléculaire

Spectroscopie de luminescence

Champ de coordination, Théorie du

Ions -- Spectres

Mots clés libres

Physique atomique et moléculaire

Résumé

L'utilisation d'une sonde luminescente permet d'etudier experimentalement la structure locale du materiau dope a chaque etape du procede de fabrication sol-gel. Nous traitons ici l'etape initiale pendant laquelle les ions terre-rare se trouvent en solution aqueuse. En complement des etudes experimentales, nous avons analyse par simulation de dynamique moleculaire, la structure et la dynamique de l'ion europium en solution dans l'eau. La premiere sphere d'hydratation de cet ion a pu etre caracterisee en detail : nous avons mis en evidence un nombre d'hydratation de 8,3, auquel est associee une structure bien specifique, correspondant a la geometrie d'un antiprisme a base carree. Nous avons egalement revele un processus d'echange dynamique des molecules d'eau entre la premiere et la deuxieme sphere d'hydratation. Nous avons montre que selon le type d'anion introduit en solution avec l'europium, la structure et la dynamique de la premiere sphere d'hydratation de l'ion luminescent pouvaient etre modifiees de maniere consequente. En adaptant la theorie du champ cristallin, nous avons procede au calcul des parametres de champ de ligands a partir des environnements obtenus par dynamique moleculaire. De la, nous avons pu simuler la levee de degenerescence des niveaux d'energie electroniques de l'ion libre, ainsi que les probabilites de transition associees, le tout en ne presupposant aucune symetrie. Il a donc ete possible de construire des spectres d'emission simules dont l'accord avec les spectres experimentaux a permis de valider, d'une part nos resultats concernant la structure et la dynamique de l'europium en solution dans l'eau, et d'autre part, la methode de reconstruction des spectres de luminescence a partir d'environnement simules.