Structure locale autour des impuretés dans les gemmes, étudiée par spectroscopies et calculs ab initio

Résumé : Le corindon pur, de formule alpha-Al_2O_3, et le béryl, de formule
Be_3Si_6Al_2O_18, sont des minéraux incolores. Ils deviennent colorés lorsque des ions paramagétiques sont présents en impureté. Le rubis (alpha-Al_2O_3 dopé avec du chrome) est rouge, l'émeraude (Be_3Si_6Al_12O_18 dopé avec du chrome) est verte. Le corindon dopé avec du fer est jaune, il est rose s'il est dopé avec du titane. Le saphir bleu contient à la fois du fer et du titane (alpha-Al_2O_3:Fe-Ti). La couleur est généralement interprétée dans le cadre de la théorie du champ cristallin. Elle doit donc s'expliquer par un champ cristallin spécifique autour de ces ions colorants, correspondant dans chaque cas à une structure locale (cristallographique et electronique) précise.

Notre objectif est de décrire précisément l'environnement autour des
impuretés dans les gemmes. Pour cela, nous effectuons à la fois des expériences d'absorption de rayons X, et des calculs ab initio. La structure cristallographique locale déduite des mesures expérimentales est comparée à celle déduite d'un calcul de relaxation de structure par minimisation d'énergie. La comparaison directe entre les spectres d'absorption de rayons X calculés et expérimentaux nous donne des informations à la fois sur la structure cristallographique et électronique locale. Tous ces calculs utilisent la théorie de la fonctionnelle de la densité.

Cette étude révèle que l'introduction d'une impureté dans une structure conduit à des modifications très locales du cristal autour de l'impureté. Les atomes d'oxygène de la sphère de coordination de l'impureté M (M = Fe ou Cr) dans alpha-Al_2O_3 adoptent un arrangement similaire à celui autour de M dans alpha-M_2O_3.
Type de document :
Thèse
Matériaux. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. Français
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Contributeur : Emilie Gaudry <>
Soumis le : mercredi 14 février 2007 - 21:30:30
Dernière modification le : jeudi 16 mars 2017 - 01:02:36
Document(s) archivé(s) le : mardi 6 avril 2010 - 22:32:14

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Emilie Gaudry. Structure locale autour des impuretés dans les gemmes, étudiée par spectroscopies et calculs ab initio. Matériaux. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. Français. 〈tel-00131051〉

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