Modification de l’environnement de l’ion Eu3+ dans des verres métaphophates et polyphosphates par irradiation aux électrons et laser femtoseconde

Eu3+ ion environment modification by Electron and femtosecond laser irradiation in metaphosphate and polyphosphate glasses

• Auteur / Autrice : Mohamed Mahfoudhi
• Direction : Nadège Ollier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 30/09/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des solides irradiés (Palaiseau, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Gacoin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadège Ollier, Mohammed Bouazaoui, Grégory Tricot, Yannick Petit, Gavin Mountjoy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed Bouazaoui, Grégory Tricot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiochimie

Accélérateurs d'ions

Science des matériaux

Mots clés libres

Europium

Verre phosphate

Irradiation par électron

Laser femtoseonde

Simulation de dynamique moléculaire

Europium

Phosphate glasse

Electron irradiation

Femtosecond lase

Molecular Dynamics simulation

Résumé

Les verres phosphates dopés terres rares (TR) sont des matériaux attractifs en optique en raison de leur basse température de transition vitreuse et de leur grande capacité à dissoudre les ions de terres rares par rapport aux verres silicates. Dans ce travail, nous sommes intéressés à comprendre les mécanismes conduisant à la modification structurale des verres polyphosphates de zinc et métaphosphates sous irradiation avec pour finalité de contrôler l'environnement des ions terres rares (ions Eu3+ en particulier) par l’irradiation. Nous avons comparé les effets obtenus sous irradiations aux électrons et par laser fs en faisant varier la dose et l’énergie des électrons (700 keV et 2.5 MeV), le taux de répétition du laser ainsi que les compositions de verre qui comportent différents ions alcalins et alcalino-terreux (Na, Li, K et Mg) et teneurs en Zn.Nous avons mis en évidence la diminution de la symétrie du site Eu3+, l’augmentation de la dispersion des sites ainsi qu’une réduction efficace des ions Eu3+ en Eu2+ sous irradiation électronique.La présence de Zn atténue la variation de l’ordre local autour de la terre rare, alors que le réseau vitreux est moins stable sous irradiation. La formation d’ion Eu2+ (sous deux types d’environnement de haute et basse symétries est par ailleurs accrue en présence de Zn et en utilisant des électrons de 700 keV. Le laser femtoseconde à 10 KHz engendre une cristallisation des verres métaphosphates sans réduction des ions Eu3+.

Rare Earth (RE) doped phosphate glasses are attractive materials in optic due to their low glass transition temperature and their high ability to dissolve rare earth ions compared to silicate glasses. In this work, we are interested in understanding the mechanisms leading to the structural modification of zinc polyphosphate and metaphosphate glasses under irradiation with the aim of controlling the environment of rare earth ions (in particular Eu3+ ions) by irradiation. We compared the effects obtained under electron and femtosecond laser irradiation by varying the dose and electron energy (700 keV and 2.5 MeV), the laser repetition rate as well as the glass compositions that contain different alkaline and alkaline earth ions (Na, Li, K and Mg) and Zn contents.We have demonstrated the decrease of the Eu3+ site symmetry, the increase of the sites dispersion as well as an effective reduction of Eu3+ to Eu2+ under electron irradiation.The presence of Zn attenuates the variation of the local order around the rare earth, while the vitreous network is less stable under irradiation. The formation of Eu2+ ions (under two types of high and low symmetry environments) is further enhanced in the presence of Zn and using 700 keV electrons. The femtosecond laser at 10 KHz gives causes crystallization of metaphosphate glasses without reduction of Eu3+ ions.