Sur un silicate de cadmium luminescent (Suite)

HAL Id: jpa-00234072

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00234072

Submitted on 1 Jan 1947

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of

sci-entific research documents, whether they are

pub-lished or not. The documents may come from

teaching and research institutions in France or

abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est

destinée au dépôt et à la diffusion de documents

scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,

émanant des établissements d’enseignement et de

recherche français ou étrangers, des laboratoires

publics ou privés.

Sur un silicate de cadmium luminescent (Suite)

A. Levialdi, V. Luzzati

To cite this version:

SUR UN SILICATE DE CADMIUM LUMINESCENT

(Suite.)

Par A. LEVIALDI et V. LUZZATI.

Discussion des résultats. - Dans la discussion des processus élémentaires

_qui

_accompagnent

les

phénomènes

luminescents,

nous allons

_employer

les

_concepts

et la

_terminologie

consacrés _par

_l’usage.

Nous

suivrons,

en

_particulier,

les idées

_générales

et la classification de

_Randall,

Wilkins et Garlick

_(4),

dans les

travaux

_desquels

se trouve la base

_théorique

de cet

_exposé.

Dans l’étude de nos «

_phosphores

» nous allons

introduire,

en

_première

_{approximation,}

deux méca-nismes élémentaires différents

_(entre

_lesquels

il n’existe pas de

ligne

de démarcation hien nette au

_point

de vue

_physique).

io Un

_premier

mécanisme _que nous

_appellerons

à

«

_cycle

lent »,

grâce

_auquel

les électrons arrachés

de leurs centres luminescents et amenés dans la

bande de

conductivité,

tombent dans des

_trappes

très stables à la

_température

ordinaire.

,

20 Un deuxième

_mécanisme

ou «

cycle

rapide

_», suivant

_lequel

les

_électrons,

_après

_{le processus}

d’excitation,

reviennent à leur état fondamental

dans les centres luminescents en un

_temps

très court à l’échelle de nos

_{expériences.}

Cette deuxième

catégorie

comprend

d’une

façon générale,

tout

processus élémentaire ne

_présentant

_{pas de}

phéno-mènes d’inertie

_perceptibles

sur nos courbes. Elle

peut

donc

_comprendre

des _{processus d’excitation} sans ionisation

_{(7) ,}

des _{processus bimoléculaires}

dus au

_temps

_{que l’électron passe} dans la bande de

conductivité

₍₈₎

et tout mécanisme par

trappes

électroniques

de faible stabilité.

Nous schématiserons le mécanisme de

_première

excitation de la

_façon

suivante : nous admettrons

que

la °probabilité

de sortie d’une

trappe

est nulle à la

_température

ordinaire où se font les

expériences;

par

conséquent

l’émission de la lumière visible se

produit

exclusivement par «

_cycle

rapide

». Les

électrons

_qui

_passent

dans la bande de conduction

suivent en

_partie

un cc

cycle

lent » en

_occupant

les

(’) RANDALL et iViLKiNs [note (1)] étudient l’extinction du silicate de cadmium au moyen d’un phosphoroscope

comme celui de _{Bünger Fleschsig} pendant les _premiers io-1 s

et observent une loi exponentielle dans laquelle x prend une

valeur _comprise entre 25 et s _{indépendante} de l’inten-sité de l’excitation.

(1) A. ROMANOVSKY, L. R. S. _{S., 19~2, 36, p. 1?5;}

I g~3, 39, p. 299.

,

trappes

disponibles,

en

_partie

un «

_cycle

_rapide

_»,

et ce sont ces derniers

_qui

sont

_responsables

de l’émission lumineuse à

chaque

instant. La différence

très nette entre les courbes de

_première

excitation

2,

3,

5)

où l’accroissement

est4ent,

et la courbe

de

deuxième excitation

ffig.

6

_(1)],

où le maximum

est atteint _presque

_{instantanément,}

rend ce schéma

plausible.

La

_propriété

des

_courbes,

dont l’excitation a été

interrompue,

prouve

qu’il n’y

a _{pas de} variation sensible du nombre des

_trappes

_{occupées pendant}

les

_premières

5 mn d’extinction à la

_tempéraure

ambiante,

ce

_qui

justifie

la distinction des _processus «

cycle

rapide

»

et «

cycle

lent ».

D’autre

_part,

les courbes de la

_figure

3 b montrent que,

pendant

les trois

premières

secondes

d’exci-tation,

la loi d’accroissement est différente de celle

qui

est suivie par la suite. Il

paraît

raisonnable de

supposer que les électrons du «

_cycle

rapide

» en

sont

_{responsables.}

Si nous _{supposons que I} électrons par

seconde

passent

des centres luminescents à la bande de conduction et

_qu’un

nombre I kn

_{proportionnel}

au

nombre n des

_trappes

_disponibles

tombe dans ces

trappes,

le nombre des électrons

_qui

reviendront

aux centres

_pendant

un «

_cycle

rapide

» sera

_égal

à y = I (i - kn), qui

représente

la loi d’émission lumineuse. Par

_conséquent,

si nous admettons que tous les électrons libérés des centres tombent dans les

trappes,

ou reviennent aux centres avec une tran-sition

lumineuse,

nous _{voyons que Ikn}

_{= I - y;}

d’autre

_part,

_quand

toutes les

_trappes

sont

_occupées,

n =

o,

I - y~ =

o, et nous pouvons écrire

qui

indique

que la différence entre le maximum

d’émission et l’émission à

_chaque

instant,

est

proportionnelle

au nombre des

_{trappes disponibles.}

Nous avons

_déjà

utilisé cette

_propriété.

Soulignons

encore _{que la relation I} = const.

équivaut

à considérer comme constant le coefficient

d’absorption

du «

phosphore »;

l’intensité

ultra-violette incidente sur le «

phosphore »

est restée

en effet la même.

342

Une

_conséquence

immédiate de

₍₄₎

est _{que la} surface

représente

l’énergie

accumulée dans le «

_{phosphore »}

pendant

l’excitation

_~(i).

Nous avons

_{déjà signalé}

cette

_propriété

à un autre endroit de cette note. Nous allons _essayer maintenant de déterminer la loi d’accroissement de l’émission en nous

_appuyant

sur les

_{hypothèses précédentes.}

Soient :

n, le nombre des

trappes

disponibles

à

_chaque

instant;

nl, le

nombre total des

_trappes;

x, la section

enlace

des

trappes

pour la

_capture

des électrons de la bande de conduction

Dans cette

_équation

nous avons

_supposé

_{que le} nombre des

_cycles

_{rapides possibles}

est

_beaucoup

plus grand

que le nombre total des

trappes

stables.

L’expression

(5)

a été calculée en admettant la

constance de la section efficace de toutes les

_trappes

et une

_occupation

_permanente

des

_trappes

à la

température

des

_expériences

et

_pendant

l’excitation. Si le «

phosphore

o

_possède

m familles de n

_trappes

chacune,

de section efficace oci,

l’équation (5) prend

la forme

L’analyse

des courbes de la

_figure

3 b montre

bien _{que leur}

_{représentation}

est

_impossible

_par une

équation

du

_type

₍₅₎

_{tandis que}

_(5’)

donne une

coïncidence _{excellente dès que} nous la considérons

comme formée par deux termes

Remarquons

que la

précision

de

l’expérience

n’est _{pas suffisante pour vérifier} cette loi à

_quatre

paramètres

arbitraires _{nl, n2,} OC1, (X2° Aussi

préférons-nous _appuyer notre discussion sur l’examen de

l’ensemble des

_{propriétés.}

_{L’écart que} nous venons de

_signaler

entre la loi

_{exponentielle}

et la forme des

courbes

_{expérimentales}

_peut

recevoir les

expli-cations suivantes

_{(9) :}

,

10 Présence d’un de _{lumière rouge.} - On

appelle

généralement

effet de lumière rouge

l’augmentation

de la

_probabilité

de libération des (9) Pendant Ies trois ou _{quatre premières} secondes, nous

admettons que les processus à « _{cycle rapide » peuvent} avoir

une influence sur l’allure de la courbe; soit à cause de la superposition de l’inertie de la photo-cellule et de celle du galv anomètre, ces _portions des courbes doivent être consi-dérées sans valeur; par conséquent, il serait inutile d’en chercher une _{interprétation.}

trappes

sous l’influence de la radiation exci-tatrice

_{$).

Nous pouvons donc écrire

où n, u, nj, 7 ont la méme

signification

que dans

l’équation (5).

p == [3

(7)

est la

_probabilité

de libé-ration des

_trappes

_qui,

en raison de l’effet de lumière

rouge,

dépend

de I.

Observons que,

toujours

par effet de lumière

rouge,

le nombre des

_{trappes disponibles}

_{n’est pas}

nul à l’état de

_saturation,

comme il arriverait si

nous

_supposions

stables les

_trappes,

mais

_qu’il

prend

la valeur

-L’expérience

complémentaire

no 4 fut réalisée

dans le but de vérifier l’identité des états de satu.ration pour des I différents. Le résultat

de cette

_expérience

_{étant que} n~ est

indé-pendant

de

I,

il

_faut,

_{pour que} cette condition

soit

réalisée,

que,

d’après

(6),

p

= _o

(trappes

stables),

où

=

yI

(y

=

const)

(1°).

Dans le cas de l’existence d’un effet de lumière

rouge

du il est raisonnable de le _supposer d’intensité différente pour des

_trappes

de

_profondeur

variable;

ce

_qui

conduit à une

_équation

du

_type

2° On admet

_{généralement}

_{que le coefficient}

d’absorption

de l’ultraviolet reste constant pour les «

_phosphores

»

_pendant

l’excitation. Ceci

_équivaut

à admettre

qu’en

tout instant le nombre total de

centres luminescents est

_beaucoup

_plus

élevé _que celui des centres

_excités;

c’est ce

_qui

a été démontré

expérimentalement

dans certains cas

_(1~).

Pendant la

_première

excitation de notre «

phos-phore

» un

_grand

nombre d’électrons restent

forte-ment liés dans leurs

_trappes,

et,

en

_{conséquence,}

le nombre de centres excités est

_{beaucoup plus}

faible

au commencement de l’excitation

_qu’à

l’état de

saturation. Il semble raisonnable de supposer

qu’en

ce cas le coefficient

_{d’absorption puisse}

se

_modifier;

le manque de mesures absolues et

_{l’ignorance}

du nombre des centres luminescents rend très difficile

jusque

maintenant la détermination de cette varia-tion. L’effet de cette variation

_supposée

_pourrait

parfaitement justifier

l’écart avec la forme

expo-nentielle.

3° Si le «

phosphore

»

_{possédait plusieurs}

_familles

de

_trappes,

_{pour chacune}

_desquelles

il fut

_possible

de définir la

_{profondeur Ei}

le nombre de

_trappes

ni,

(1°) Le _{développement} de cette _{hypothèse, appliquée} aux

mécanismes bimoléculaires, a _{été fait par A. ROMAXOYSKY}

[note {8)].

et la section efficace -xi,

l’équation (4)

nous donnerait

si toutefois la section efficace des

trappes

d’une

même famille était différente de celle d’une autre. Cette

hypothèse

sur la différence de section efficace

expliquerait parfaitement

la forme des courbes

expérimentales.

Néanmoins,

les résultats de nos courbes en

fonction de la

_température

_{( fig.}

_{3 a) paraissent}

exclure cette

_supposition.

En

effet,

nous observons que les courbes en fonction des divers traitements

thermiques

se maintiennent

_{proportionnelles}

entre elles

ce

_{qui équivaut}

à supposer que, dans

et

la relation des nu.: et nik est

_{constante, c’est-à-dire}

que pour toutes les

courbes,

la distribution

spéci-fique

des

_trappes

en fonction de la

_profondeur

est constante.

_Rappelons

_{maintenant que}

_chaque

courbe a été

obtenue

en saturant d’abord toutes les

_trappes,

et en soumettant ensuite le «

phosphore

» au traitement

_thermique

_indiqué.

Pendant ce traitement

les

_trappes

de diverses

profondeurs

se libèrent de

façon

différente,

en

_plus

_grand

nombre les moins

stables et en

_{plus petit}

nombre les

_plus

_profondes.

C’est-à-dire

_qu’après

les avoir

chauffées,

la

distri-bution

_spécifique

des

_trappes

non

_occupées,

en

fonction de leur

_profondeur,

_dépend

du traitement

thermique,

et varie _{pour chacune des courbes. Ceci}

contredit l’observation

_exposée

ci-dessus et conduit à croire

_qu’il

n’existe pas de différence de section

efficace.

’Le même raisonnement

_permet

d’exclure l’exis-tence d’un effet de lumière _rouge.

0

On

_pourrait

_essayer

_{d’expliquer}

la forme des courbes en

_{supposant qu’elle}

est due à un

_{e f f et}

de

la

_{pénétration}

de la radiation excitatrice dans le

«

phosphore

». Nous allons déduire les

_{conséquences}

de cette

_hypothèse.

Admettons _{que le} «

phosphore

»

soit

_disposé

en une couche uniforme

_{d’épaisseur}

_Xl’ où les centres luminescents et les

_trappes

seraient

distribués d’une manière uniforme. Si

_I,

_photons

par seconde arrivent à la surface du c~

_{phosphore »}

et si la loi de Beer sur

_{l’absorption}

se

_vérifie,

I

_{= 10 e -?t photons}

par seconde arriveront à la couche de

_profondeur

x, si J est le coefficient

d’absorption.

Si nous admettons maintenant que

le libre parcours moyen des électrons dans le cristal soit très inférieur à x

_(11),

de sorte

_qu’un

électron

libéré

par un centre

_qui

se trouve à une

_profondeur

ne

_puisse

_pas

_{s’échapper}

de la tranche

_d"épaisseur

_dx,

où se trouve le centre même, nous _{pouvons écrire}

ce

_qui

nous donne la loi de variation du nombre

des

_trappes

_disponibles

dans la couche de

pro-fondeur x et

_{d’épaisseur}

dx. Calculons main-tenant (-//l1

tenant

L’équation

(8)

se Uraduil dans la

représentation

graphique qu’on

peut

lui donner au moyen de trans-formations

convenables,

par une famille de courbes

à

_laquelle

_peuvent

_{parfaitement appartenir}

nos

courbes

_{expérimentales,}

dans des limites d’erreur

raisonnables.

_{Puisque l’irrégularité}

de la couche

du

_{« phosphore}

» nous

_éloigne

de

_{l’hypothèse}

formulée et

_qu’il

est douteux

_qu’on

_{puisse appliquer}

la loi

de Beer et les

_{simplifications schématiques}

des

mécanismes

_{électroniques qui}

nous

_permettent

d’écrire

_(7),

_{l’équation (8)}

ne doit être considérée

que comme une

_{approximation.}

Elle nous

_permet

néanmoins _{d’observer que, du} seul _{fait que l’on} tient

_compte

de l’effet de la

_{pénétration,}

on obtient

une loi

_{beaucoup plus}

_compliquée

_que la

_simple

loi

_{exponentielle}

et

_qui,

sans

_doute,

_s’approche

beaucoup plus

de la réalité

_physique.

Trois observations

_importantes

découlent de

l’hypothèse

que nous venons de discuter :

a. On a observé en discutant les courbes

d’exci-tation relatives au «

_phosphore

»

_vierge

_{pour des} intensités différentes d’ultraviolet que

Cette

_propriété

se vérifie _pour

_{(7), (7’)}

et

_(8).

Plus encore, la constante ka-

qui apparaît

en

₍₁₎

doit être

_égale

au

_rapport

des intensités d’ultra-violet. Ces valeurs sont directement

_comparées

dans le Tableau

III,

et _{bien que la} coïncidence

ne soit _pas très

_apparente,

les causes

_possibles

d’erreur y

sont discutées.

b. Les

_propriétés

des courbes

_après

le traitement

thermique

,," , ....- - ¿-I . ¿ ..."

sont

_parfaitement

d’accord avec cette dernière

interprétation.

Dans

_{l’équation (7)}

nous avons

supposée

égale

la section efficace des diverses

_trappes

et nous avons admis une distribution uniforme des

trappes

dans le volume du «

_phosphore

». Nous

344

c. La

_propriété

des courbes d’excitation

_interrompue

est aussi une

_conséquence

de cette dernière

_hypothèse.

Après

tout ce _que nous avons dit

ci-dessus, -c’est

cette

_{interprétation qui pourrait s’appliquer}

à notre

«

_phosphore

» avec le moins de difficulté.

L’impor-tance de la

_{pénétration}

de l’ultraviolet

_apparaît

d’ailleurs dans les Tableaux I et II.

Nous observons

_qu’un

effet de

_{pénétration}

se

fait sentir certainement sur les courbes d’excitation des «

phosphores

_», bien

qu’il

soit difflcile d’établir

son

_importance

(11).

La

_question

de la couche

_optima

dans les tubes Iluorescents se rattache directement à cet effet

_(1~).

Résumé et _{programme. -} Nous avons étudié

expérimentalement quelques

propriétés

du silicate de Cd luminescent avec un

_dispositif

phospho-roscopique.

Nous avons mis en relation l’allure des courbes d’excitation avec l’intensité des rayons

ultraviolets,

l’effet des divers traitements

_thermiques

et les modifications introduites _par

_{l’interruption}

des rayons excitateurs.

Nous avons effectué

_{également plusieurs}

obser-vations

_{complémentaires}

et de tout ceci nous avons

déduit :

a.

_{L’augmentation}

inattendue de rendement appa-rent du «

_phosphore

» en fonction de

l’augmen-tation d’intensité ultraviolette

excitatrice,

et nous avons

_essayé

de

_{l’expliquer;}

b. Un ordre de

_grandeur

de la

_profondeur

des

trappes

de notre «

phosphore

»

_{(1,4 eV); .}

Ii. N. TAYER, Traits. Electrochcln. Soc., g1~5, 87, p. ~.

c. Plusieurs

_propriétés

des courbes

expérimentales.

En

_essayant

_{d’interpréter}

les

_propriétés

du

«

phosphore

n selon la théorie des

trappes,

nous avons discuté

_plusieurs

_explications

et

_proposé

un schéma suivant

_lequel

l’influence de la

_{pénétration}

de l’ultraviolet dans le «

_phosphore

» serait très

grande.

Notre

_programme

est

_d’essayer

d’obtenir des

mesures absolues de l’intensité de l’ultraviolet excitateur et de

la

brillance du «

phosphore

» dans le but :

- de déterminer la nombre de

trappes;

- de déterminer _avec

plus

de

_précision

_la

pro-fondeur et la distribution des

_trappes

par la méthode

que nous avons

_proposée;

- de _mesurer le coefficients

d’absorption

afin de connaître sa valeur absolue et ses variations

possibles;

- d’étudier la relation entre la

profondeur

des

trappes

et la

_technique

de

_préparation

du «

phos-phore

».

Notre renvoi inattendu de l’Institut de

_Physique

de l’Université de La

_Plata,

_qui

est intervenu au moment de la crise récente de l’Université

_argentine,

nous a

_obligés

à

_interrompre

nos travaux de

labo-ratoire,

et à

_publier

la

_présente

note sans avoir

complètement

achevé notre travail.

Nous tenons

à

_exprimer

notre reconnaissance à

l’ex-Doyen

de la Faculté des Sciences

_{Nlathématiques}

du

Littoral,

M.

_Pla,

à l’ex-Directeur de l’Institut

de

_Physique

de l’Université nationale de La

Plata,

1B1.

_Grinfeld,

dont l’aide nous a

_permis

d’entre-prendre

ce travail et à M.

Isnardi,

ex-Directeur

de l’Institut de

_Physique

sous la

_{direction duquel}

il fut achevé à la

Plata,

République

Argentine,

en

novembre

_1946.