Étude des caractéristiques Raman et optique non-linéaire des bronzes de tungstène quadratiques (A6M2M’8O30)

par Maqboula Derbazi

Thèse de doctorat en Sciences - STS

Sous la direction de Jean Ebothe.

Soutenue le 11-10-2013

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (LRN) Laboratoire de Recherche en Nanosciences (laboratoire) .

Le président du jury était Bouchta Sahraoui.

Le jury était composé de Jean Ebothe, David Chapron, Anna Migalska zalas.

Les rapporteurs étaient Marc Fontana, Yahia Boughaleb.


  • Résumé

    Des recherches très importantes ont été dédiées à l'étude des composés ferroélectriques de type bronze de tungstène quadratique (TTB). Cette thèse concerne la synthèse et la caractérisation de 7 matériaux TTB de formule générale A6M2M'8O30 (A = Sr2+, Ba2+ ou Pb2+, M = Ti4+, Zr4+ ou HF4+; M' = Nb5+ ou Ta5+). Ces composés cristallins de grande taille ∼100 nm ont été synthétisés sous forme de poudre. Les moyennes expérimentales : diffractions des rayons X, spectroscopie Raman, la microscopie électronique MEB et MET, l'optique non linéaire ONL, ont permis d'établir des relations étroites entre structure et propriétés physiques. Les susceptibilités optiques non linéaires de 2eme et 3eme ordres, χ(2), χ(3) de chaque composés ont été déterminées et les valeurs résultantes du χ(3) ne montrent pas les mêmes caractéristiques que χ(2), car le signal de THG est moins dépendant de structure que SHG qui requiert un milieu non-centrosymétrique. Le décalage fréquentiel (Δσ) des modes de vibrations entre les structures à base de strontium(Sr) et celles à base de Barium(Ba) a été constaté afin d'identifier les signatures propres de ces composés. L'interprétation de ces poudres n'était pas facile car les pics sont très délicats. Nos mesures expérimentales montrent clairement que les positions des pics peuvent être modifiées par le changement cationique au sein des matériaux, plus la maille cristalline est rigide, plus on a des pics plus discernables. La différence est nettement visible là ou l'émission est autour de 808 cm-1 pour la structure (Sr), alors que pour le (Br) elle est autour de 780cm-1. Nous attribuons ce Δσ (28cm-1) à la transition de groupe de symétrie spatiale de Pba2 vers P4bm. L'ensemble des résultats décrits dans ce travail ont montrés la grande variété des paramètres sur lesquels il est possible d'agir afin d'optimiser les compositions en vue d'une application spécifique.

  • Titre traduit

    Study of Raman and non-linear optical characteristics of tetragonal tungsten bronze (A6M2M’8O30)


  • Résumé

    Recently, very significant research has been devoted to the study of ferroelectric compounds of tetragonal tungsten bronze (TTB). This thesis deals with the synthesis and characterization of 7 TTB's material with general formula A6M2M'8O30 (A = Sr2+, Ba2+ or Pb2+, M = Ti4+, Zr4+ or HF4+, M '= Nb5+ or Ta5+). These crystalline compounds of large size ~ 100 nm were synthesized in powder form. The experimental Technics: X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy SEM and TEM and nonlinear optics NLO, allowed us to establish close relationships between structure and physical properties. The nonlinear 2nd and 3rd order optical susceptibility χ(2), χ(3) of all compounds were determined and the resulting values of χ(3) did not show the same characteristics as measures of χ(2) because the THG signal is less dependent on the structure where SHG signal requires a non-centro-symmetric medium. The frequency shift between the vibration modes of structures containing strontium (Sr) and those based on Barium (Ba) has been detailed to identify signatures of these specific compounds. The interpretation of these powders wasn't that easy as these peaks are very delicate but our experimental results clearly show that the positions of the peaks can be modified by the change in cation materials, as long as the crystal lattice is more rigid, more we get discernible Raman modes. This difference is clearly visible where the emission is around 808 cm-1 for the structure Sr, whereas the Br it is centered around 780cm-1. We attribute these Δσ (28cm-1) to the transition of spatial symmetry group from Pba2 to P4bm. Results showed the wide variety of settings in which it is possible to act in order to optimize the compositions for a specific application.


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