Nous étudions les propriétés optiques de boîtes quantiques GaN/AlN élaborées par épitaxie par jets moléculaires sur substrats Si(111). La spectroscopie résolue en temps de l'émission collective de plans de boîtes quantiques nous conduit à une détermination appropriée de l'état fondamental des boîtes quantiques et du champ électrique interne le long de l'axe de croissance. Nous observons et modélisons une dynamique de recombinaison non conventionnelle des porteurs. Ces résultats préliminaires nous permettent de sélectionner les boîtes quantiques idéales pour l'étude individuelle en micro-photoluminescence. Nos mesures sur boîte unique révèlent des effets de diffusion spectrale que nous étudions en détails. En analysant la polarisation linéaire, nous observons des propriétés liées à la structure fine excitonique, très différentes de celles de boîtes quantiques étudiées auparavant, ce que nous expliquons à l'aide d'un modèle tenant compte des effets d'échange et d'anisotropie.

Les propriétés spectroscopiques du cuivre monovalent ont été étudiées dans deux familles de matériaux oxygénés.<br />Deux types de verres borate et phosphate, de composition nominales LaMgB5O10:Cu+ et LiLaP4O12:Cu+ ont été caractérisés, essentiellement par spectroscopie UV-visible et par EXAFS. Des tests d'émission laser ont été effectués sur un échantillon de verre borate.<br />Trois matériaux-modèle fortement concentrés en cuivre, dans lesquels cet élément adopte une coordinence linéaire par rapport à l'oxygène, ont fait l'objet de tentatives de modélisation visant à corréler structure et propriétés de spectroscopie optique. Il s'agit des delafossites CuLaO2 et CuYO2 ainsi que du phosphate CuTh2(PO4)3. Des calculs de structures de bandes ont été effectués pour les composés CuLaO2 et CuYO2 par les méthodes ASW et HÜCKEL ETENDUE. L'étude spectroscopique de CuTh2(PO4)3 a été étendue à la solution solide Na1-xCuxTh2(PO4)3 (0 < x < 0,25).

Thèse de doctorat : Sciences Chimiques : Physico-Chimie de la Matière Condensée' : Bordeaux 1 : 2008. Thèse de doctorat : Sciences Chimiques : Physico-Chimie de la Matière Condensée' : Université Cadi Ayyad, Faculté des Sciences Semlalia, Marrakech, Maroc : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Die vorliegende Arbeit fokussiert auf die Synthese von organisch/anorganischen Hybridmaterialien mit multifunktionalen Eigenschaften unter ausschliesslicher Darstellung dieser Materialen mit Hilfe des „wet chemistry“ Zugangs. Ausgehend von der Darstellung und Charakterisierung von isomorphen bzw. isostrukturellen Hybridmaterialien der allgemeinen Zusammensetzung catena-{[Me3NH][MCl3·2H2O]}n (Mtac) (MII = Mn, Co, Ni, Cu, tac = [Me3NH]Cl3·2H2O]) speziell mittels IR und UV/vis Spektroskopie ist beschrieben, wie sich aus diesen entsprechende bi-, tri-, und auch tetra-heterometallische Koordinationspolymere der allgemeinen Zusammenseztung {MxM´ytac}n, {MxM´yM´´ztac}n, {MxM´yM´´zM´´´ttac}n (MII = M ≠ M´≠ M´´≠ M´´´≠ M´´´´ und x, y, z, t als prozentualer Metallgehalt) herstellen lassen und welche limitierende Faktoren zu berücksichtigen sind. Leifähigkeitsmessungen an Einkristallen ausgewählter Koordinationspolymere werden vorgestellt. Zusätzlich werden die durch Rekristallisation von Nitac erhaltenen zwei verschiedenen Koordinationspolymere der Formel {[Me3NH]3{NiCl4}{NiCl3}}n und {[(Me3NH]{NiCl3}}n in Bezug auf ihre ungewöhnlichen strukturellen und magnetischen Eigenschaften vorgestellt und beschrieben. Die durch Austausch von [Me3NH]+ Kationen gegen [Et3NH]+ bzw. protonierten aromatischen N-haltigen Kationen wie [2,2’-bipyH2]2+, [4,4’-bipyH2]2+ and [1,10-phenH2]2+ erhaltenen Reaktionsprodukte aus Umsetzungen mit Hilfe des “wet chemistry” Zugangs werden im Hinblick auf ihre Festkörperstrukturen beschrieben. Die erfolgreiche Darstellung einer neuen Familie von perylentetracarboxylato-basierenden Komplexen, die teilweise hervorragende Löslichkeiten besitzen, wird beschrieben sowie die strukturellen, magnetischen und lumineszierenden Eigenschaften ausgewählter Vetreter. / The thesis presented here is focused on the synthesis of organic/ inorganic hybrid materials with multifunctional properties by means of the “wet chemistry” approach. The synthesis and characterization of hybrid materials with the general composition catena-{[Me3NH][MCl3·2H2O]}n (Mtac) (MII = Mn, Co, Ni, Cu, tac = [Me3NH]Cl3·2H2O]) is described. Due to their isomorphic and/ or isostructural character, bi-, tri-, and even tetra-heterometallic chains of the general formula {MxM´ytac}n, {MxM´yM´´ztac}n, {MxM´yM´´zM´´´ttac}n (MII = M ≠ M´≠ M´´≠ M´´´≠ M´´´´ and x, y, z, t is the percentage of each metal content) were synthesized and characterized. Limitating factors of the synthesis of these types of heterometallic coordination polymers are discussed. Furthermore, the conductive properties of selected representatives were investigated. Additionally, the products obtained from recrystallization of Nitac, two different novel 1D coordination polymers of the formula {[Me3NH]3{NiCl4}{NiCl3}}n and {[(Me3NH]{NiCl3}}n are described with respect to their structural and magnetic properties. Efforts to replace the [Me3NH]+ cations of Mtac compounds by [Et3NH]+ cations as well as by protonated aromatic amines as [2,2’-bipyH2]2+, [4,4’-bipyH2]2+ and [1,10-phenH2]2+ are reported next with respect to the structural exploration of obtained hybrid materials by the “wet chemistry” approach. Finally, the synthesis of a new family of perylene tetracarboxylate (ptc) based soluble complexes is reported. Structural, magnetic and luminescence properties of selected representatives of this new series of soluble ptc derivatives are reported.

Die vorliegende Arbeit fokussiert auf die Synthese von organisch/anorganischen Hybridmaterialien mit multifunktionalen Eigenschaften unter ausschliesslicher Darstellung dieser Materialen mit Hilfe des „wet chemistry“ Zugangs. Ausgehend von der Darstellung und Charakterisierung von isomorphen bzw. isostrukturellen Hybridmaterialien der allgemeinen Zusammensetzung catena-{[Me3NH][MCl3·2H2O]}n (Mtac) (MII = Mn, Co, Ni, Cu, tac = [Me3NH]Cl3·2H2O]) speziell mittels IR und UV/vis Spektroskopie ist beschrieben, wie sich aus diesen entsprechende bi-, tri-, und auch tetra-heterometallische Koordinationspolymere der allgemeinen Zusammenseztung {MxM´ytac}n, {MxM´yM´´ztac}n, {MxM´yM´´zM´´´ttac}n (MII = M ≠ M´≠ M´´≠ M´´´≠ M´´´´ und x, y, z, t als prozentualer Metallgehalt) herstellen lassen und welche limitierende Faktoren zu berücksichtigen sind. Leifähigkeitsmessungen an Einkristallen ausgewählter Koordinationspolymere werden vorgestellt. Zusätzlich werden die durch Rekristallisation von Nitac erhaltenen zwei verschiedenen Koordinationspolymere der Formel {[Me3NH]3{NiCl4}{NiCl3}}n und {[(Me3NH]{NiCl3}}n in Bezug auf ihre ungewöhnlichen strukturellen und magnetischen Eigenschaften vorgestellt und beschrieben. Die durch Austausch von [Me3NH]+ Kationen gegen [Et3NH]+ bzw. protonierten aromatischen N-haltigen Kationen wie [2,2’-bipyH2]2+, [4,4’-bipyH2]2+ and [1,10-phenH2]2+ erhaltenen Reaktionsprodukte aus Umsetzungen mit Hilfe des “wet chemistry” Zugangs werden im Hinblick auf ihre Festkörperstrukturen beschrieben. Die erfolgreiche Darstellung einer neuen Familie von perylentetracarboxylato-basierenden Komplexen, die teilweise hervorragende Löslichkeiten besitzen, wird beschrieben sowie die strukturellen, magnetischen und lumineszierenden Eigenschaften ausgewählter Vetreter. / The thesis presented here is focused on the synthesis of organic/ inorganic hybrid materials with multifunctional properties by means of the “wet chemistry” approach. The synthesis and characterization of hybrid materials with the general composition catena-{[Me3NH][MCl3·2H2O]}n (Mtac) (MII = Mn, Co, Ni, Cu, tac = [Me3NH]Cl3·2H2O]) is described. Due to their isomorphic and/ or isostructural character, bi-, tri-, and even tetra-heterometallic chains of the general formula {MxM´ytac}n, {MxM´yM´´ztac}n, {MxM´yM´´zM´´´ttac}n (MII = M ≠ M´≠ M´´≠ M´´´≠ M´´´´ and x, y, z, t is the percentage of each metal content) were synthesized and characterized. Limitating factors of the synthesis of these types of heterometallic coordination polymers are discussed. Furthermore, the conductive properties of selected representatives were investigated. Additionally, the products obtained from recrystallization of Nitac, two different novel 1D coordination polymers of the formula {[Me3NH]3{NiCl4}{NiCl3}}n and {[(Me3NH]{NiCl3}}n are described with respect to their structural and magnetic properties. Efforts to replace the [Me3NH]+ cations of Mtac compounds by [Et3NH]+ cations as well as by protonated aromatic amines as [2,2’-bipyH2]2+, [4,4’-bipyH2]2+ and [1,10-phenH2]2+ are reported next with respect to the structural exploration of obtained hybrid materials by the “wet chemistry” approach. Finally, the synthesis of a new family of perylene tetracarboxylate (ptc) based soluble complexes is reported. Structural, magnetic and luminescence properties of selected representatives of this new series of soluble ptc derivatives are reported.

Luminescence measurements have been applied to three different structures namely, sulphate, fluorides and YAG. In all cases the RE doping suppresses the intrinsic emission and results in intense luminescence characteristic of the RE dopant. Additionally, in double doped samples, or contaminated ones, the TL data show that each dopant defines a glow peak, which is displaced in temperature relative to the others. Examples of this were discussed for CaS04:Ce,Mn; YAG:Nd,Tb,Cr,Mn; BaF2:Ho,Ce and BaF2:Tm,Ce. The data are discussed in terms of an energy transfer model between different parts of extended defect complexes which encompass the RE ion and the lattice defects. Calcium sulphate doped with Dy define a TL peak near 200°C suitable for radiation measurements, but when co-doped with Ag the TL peak move to higher temperatures with minor effects on the peak sensitivity. In Ce,Mn double doped samples, the peak temperatures differ by -7°C between the Ce and Mn sites. The TL glow curves from alkaline earth fluorides are complex and contain several overlapping peaks. Curve fitting show that the peak maxima below room temperature are insensitive to the RE dopant. Additionally the host material has a modest effect on the peak positions. Above room temperature each dopant provides a TL curve specific to the added RE ion and do not show common peaks. Concentration has many effects on the resultant glow curve, and even at the lowest concentration used here (0.01%) there is evidence of cluster formation. Samples with high RE content show low values of the frequency factor consistent with the energy transfer model in that the emission from RE-RE cluster dominates over the emission from direct charge recombination within the defect complex. The effect of concentration and the TL mechanism operating below room temperature are also discussed. Luminescence signals from the near surface of YAG:Nd (via CL) were contrasted with those from the bulk material via RL. Results indicate that the outer few micron layers differ significantly in luminescence response from the bulk crystal. The differences were ascribed to result from solvents that enter the YAG lattice during the growth stage or subsequently from cleaning treatments via the dislocations caused by cutting and polishing. Additionally, the growth stage may include gases from the residual air in the growth furnace trapped into the YAG lattice. In each case there is a discontinuity in luminescence intensity and/or emission wavelengths at temperatures which mach the phase transitions of the contaminants. At the transition temperature there will be a sudden pressure change and this will induce surface expansion or bulk compression. The differences between the two cases were detected by the alternatives of CL and RL excitation, where the Nd or Er lines have moved in opposite directions. The detection of such low concentrations of solvents/trapped gases by luminescence is extremely difficult due to experimental limitations. Hence their role in luminescence generation is normally ignored.

Cette thèse décrit le développement et l'étude de matériaux à base silicium (Si) dédiés à des applications en photonique comme l'amplification optique ou le laser. Des matrices de SiO2 et de Si3N4 enrichies en Si contenant des ions de terre rare Nd3+ ont été étudiées. Dans ces matrices, les ions Nd3+ bénéficient d'un transfert d'énergie de défauts ou/et de nanoparticules de Si présents dans la matrice hôte. Cela permet une excitation indirecte et efficace des ions Nd3+ sur une large bande spectral UV-VIS. Ainsi, une émission remarquable des ions Nd3+ à 920, 1064, and 1300 nm a été obtenue. Dans le but de développer la couche guidante active d'un guide d'ondes à partir des deux matrices et en choisissant comme figure de mérite l'émission des ions Nd3+, l'optimisation de couches dopées Nd a été menée. La composition a été modifiée en termes d'excès de Si et de taux de Nd par la technique de pulvérisation magnétron. Les deux matrices ont été recuites par un traitement thermique classique ou rapide afin de modifier la microstructure de celles-ci. L'étude des facteurs influençant les mécanismes d'émission et de sensibilisation des ions Nd3+ a été réalisées. Dans la matrice de SiO2 enrichie en Si, plusieurs sensibilisateurs des ions Nd3+, à base de Si, ont été identifiés. Pour la matrice de Si3N4 enrichie en Si, un mécanisme d'excitation des ions Nd3+ dépendant de l'excès de Si a été mis en évidence. Finalement, un guide d'onde à base de SiO2 enrichie en Si dopé Nd3+ a montré un gain net significatif de 0,68 cm-1 (2,95dB.cm-1) à 1064 nm.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale par spectroscopie de photoluminescence de nanotubes de carbone nus et fonctionnalisés. Les nanotubes étant formés exclusivement d'atomes de surface, leurs propriétés optiques peuvent être grandement altérées, mais aussi contrôlées, par interaction avec l'environnement physico-chimique. Un dispositif de microscopie confocale à l'échelle de l'objet unique et à température cryogénique est développé pour l'étude de la luminescence de nanotubes déposés sur substrat. La variété des profils spectraux observés est interprétée en terme d'un couplage entre excitons localisés et phonons acoustiques unidimensionnels dont le spectre peut être altéré aux basses énergies. Ce mécanisme explique notamment l'observation originale de raies très fines, de largeur inférieure à 500 µeV. La fonctionnalisation non-covalente des nanotubes par des molécules de colorants (porphyrines) introduit une nouvelle voie d'excitation optique par un transfert d'énergie très efficace. Le suivi physico-chimique de la réaction d'adsorption nous informe sur la couverture et l'affinité des molécules sur les nanotubes. Une étude de photoluminescence sur composés uniques résolue en polarisation montre une forte anisotropie du transfert d'énergie gouvernée par des effets d'antenne à proximité du nanotube. Enfin, le colorant peut être utilisé comme cellule d'absorption de référence pour évaluer la section efficace d'absorption des nanotubes. Une nette évolution avec l'angle chiral de l'espèce est notamment observée pour l'absorption à la résonance optique S22.

Le stannate (SrSnO3) et le titanate de strontium (SrTiO3) sont des oxydes de type pérovskite, de structures orthorhombique (Pbnm) et cubique (Pm3m), respectivement. Ces matériaux ont reçu beaucoup d'attention ces dernières années en raison de leurs propriétés physiques et chimiques intéressantes conduisant à différents types d'applications technologiques. Pour ces raisons, ces deux matériaux ont été combinés pour obtenir la solution solide de SrSn1-xTixO3, sous forme de poudres et couches minces. Au niveau des poudres, la solution solide a présenté des transitions de phases successives allant d'une structure orthorhombique à tétragonale puis cubique avec l'augmentation de la quantité de Ti4+ dans le système. Ces transitions ont été observées par affinement Rietveld des spectres de diffraction des rayons X et confirmées par spectroscopie Raman. Ces différentes structures cristallines ont conduit à des propriétés différentes de photoluminescence dans le spectre visible, l'émission variant d'une région de basse énergie vers les régions de plus haute énergie avec l'augmentation de Ti4+ dans la structure (structure orthorhombique (SrSnO3), tétragonale (SrSn0,75Ti0,25O3) à cubique (SrSn0,50Ti0,50O3, SrSn0,25Ti0,75O3 et SrTiO3). Ces émissions sont probablement favorisées par différents types de défauts formés dans le gap d'énergie de ces matériaux. Par ailleurs, les couches minces ont montré différents types de croissance qui ont été fortement influencés par la nature cristalline du substrat, la composition des films ainsi que par la méthode de dépôt utilisée (dépôt par voie chimique en solution - CSD - et dépôt par ablation laser pulsé - PLD). Les films minces déposés sur silice sont polycristallins (croissance aléatoire des cristallites), les couches sur saphir-R (Al2O3-012) sont également polycristallines mais avec une orientation préférentielle (h00) quand préparées par PLD (croissance texturée), excepté SrTiO3 qui est épitaxié avec une rotation de 45º par rapport au plan du substrat de saphir-R. Tous les films déposés sur LAO (LaAlO3-100) sont épitaxiés (h00) quelque soit la méthode de dépôt. De plus, les caractéristiques morphologiques et les propriétés photocatalytiques des films ont également été fortement influencées par ces mêmes paramètres cités précédemment. Concernant les propriétés photocatalytiques, les films préparés par la méthode CSD ont été plus efficaces que ceux obtenus par PLD et les couches de compositions plus riches en Sn4+ ont été plus actives face à la photodégradation du colorant Remazol jaune or, l'efficacité maximale étant observée pour la couche polycristalline de SrSnO3 obtenue par CSD avec un pourcentage de dégradation et de décoloration d'environ 55 et 90 %, respectivement. Le type de croissance des films de SrSnO3 préparés par les deux méthodes de dépôt a aussi montré une forte influence sur la photodégradation du colorant, les couches polycristallines d'orientation aléatoire obtenues sur silice étant plus efficaces que les texturées, elles-mêmes plus efficaces que les couches épitaxiales.

Laseres de estado sólido que operan en la región espectral de seguridad ocular alrededor de los 2 micrómetros (2µm) son de elevado interés en la actualidad debido a su potencial aplicación en los campos de la medicina, teledetección remota y como fuentes de bombeo en osciladores ópticos paramétricos (OPOs) para conversión en el infrarrojo medio. La transición láser en las 2 µm es posible en los iones de tulio (Tm) ligeramente por debajo de las 2 µm y en iones de holmio (Ho) ligeramente por encima de las 2 µm. La generación láser en iones de Tm es relativamente simple con la utilización de láseres de diodo como fuentes de bombeo, sin embargo, los láseres basados en Ho se han conseguido tradicionalmente en el pasado mediante el codopaje con Tm o mediante bombeo directo del nivel emisor del Ho. Recientemente, diodos láser que operan a 1.9 µm han aparecido en el mercado con buena eficiencia y con alto potencial para el escalado en potencia de los láseres de Ho. Los láseres de Ho son más apropiados que los láseres de Tm especialmente para aplicaciones médicas por dos razones: La longitud de onda láser ligeramente por encima de las 2 µm, donde el agua (mayor componente del cuerpo humano) presenta una ligera menor absorción que la típica longitud de onda láser del Tm, hace que el láser penetre más en el tejido humano. La segunda razón es que los láseres de Ho pueden operar en régimen pulsado generando mayores energías por pulso que los láseres de Tm debido al mayor tiempo de vida del nivel emisor 5I7 y las aplicaciones médicas requieren por lo general régimen pulsado para evitar daño térmico del tejido. Numerosos óxidos y fluoruros cristalinos han demostrado ser adecuadas matrices para Ho, sin embargo, poca atención se ha puesto en los dobles tungstatos cristalinos de fase monoclínica, de fórmula química KRE(WO4)2, brevemente KREW, donde RE = Y, Gd y Lu conocidos por ser matrices láser muy eficientes para la generación láser a potencias intermedias. Estos cristales anisotrópicos presentan una elevada sección eficaz de absorción y emisión cuando son dopados con iones lantánidos y especialmente para ciertas polarizaciones. Considerando el potencial del Ho y las buenas propiedades de KREW, nuestro trabajo se centra en la investigación de las prestaciones láser en cristales de KREW dopados con Ho utilitzando tanto Tm o Yb como iones sensibilizadores y utilizando fuentes de bombeo emitiendo a 1.9 µm que permiten la excitación directa del nivel emisor. En esta tesis, presentamos los resultados basados en el crecimiento cristalino de monocristales de Ho:KREW, codopajes (Ho,Tm) y (Ho,Yb):KLuW a diferentes concentraciones de Ho, su caracterización en términos de estructura, composición y espectroscopia y finalmente la generación láser alrededor de 2.1 µm. / Eye-safe solid-state lasers that operate in the 2µm spectral range are the subject of interest in the present years because of their potential applications in the field of remote sensing, medicine and as a pump source for Optical Parametric Oscillators (OPOs). Laser transitions around 2 µm are possible in the trivalent lanthanide ions Tm3+ (Tm) (slightly below 2 µm) and Ho3+ (Ho) (slightly above 2 µm). Laser generation in Tm ions is easily achieved with comfortable diode pump sources, however, Ho lasers have usually been achieved in the past either by co-doping the active medium with Tm or by direct pumping of the Ho ions with Tm lasers. Recently, relatively cheap diodes emitting around 1.9 µm are in the market to realize Ho lasers with great potential for power scaling. Ho lasers are more suitable than Tm lasers especially for medical applications because of two reasons: The laser wavelength is slightly above 2µm, where water (main component of human tissue) shows slightly less absorption than the typical wavelength of Tm leading to a deeper penetration in human tissue. The second reason is that Ho lasers can operate in pulsed regime delivering higher energies than Tm lasers due to the longer lifetime of the emitting level 5I7 and medical applications are required to be generally in pulsed regime to avoid thermal damage of human tissue. Many oxide and fluoride crystals were shown to be suitable host for Ho, however little attention was paid to the monoclinic potassium rare earth double tungstate crystal, shortly KRE(WO4)2 or KREW, where RE= Y, Gd, Lu known to be very efficient rare earth solid state hosts for generating intermediate power levels. These anisotropic crystals exhibit very high absorption and emission cross sections when doped with lanthanide ions and especially for selected polarizations. Considering the potentialities of Ho and good properties of KREW, our work focuses in the investigation of the laser performances of a Ho doped KREW either by using Tm or Yb as sensitizers and by using in-band pump sources emitting around 1.9 µm, where the development of compact solid state infrared laser emitting at 2.1 µm for intermediate power levels is followed. Here, in this thesis, we present the results based on growth of single doped Ho:KREW, co-doped (Ho,Tm) and (Ho,Yb):KLuW crystals of several doping concentrations, their characterisation in terms of structure, composition and spectroscopy and finally dedicated for the laser generation around 2.1 µm from these materials, which was highly successful.