Soutenance de thèse d'Amine EL HALABI, Lundi 8 décembre à 14h
L’École Doctorale 548 « Mer & Sciences »
Rattachée à l’université de Toulon (France)
a le plaisir de vous informer que
Monsieur Amine El HALABI
Doctorant au laboratoire IM2NP
soutiendra sa thèse en vue de l’obtention du Grade de Docteur
sous la direction de
M. Abdallah LYOUSSI, Professeur des universités, CEA Cadarache (France), Codirecteur de thèse
&
M. Jean-Christophe VALMALETTE, Professeur des universités, IM2NP - Université de Toulon (France), Directeur de thèse
Discipline : Physique
Spécialité : Physique-Chimie des Matériaux
sur le thème
« Étude comparative des propriétés structurales et luminescentes de la solution solide Ce(2-x)Smx(WO4)3 :
De la poudre massive au film mince pour la détection de rayonnement »
Lundi 08 décembre 2025 à 14h00
A l’Université de Toulon - Campus La garde – Amphithéâtre du bâtiment M
Devant un jury composé de
M. Aziz TAOUFYQ, Maitre de conférences - HDR, Université Ibn Zohr d’Agadir (Maroc), Rapporteur
M. Sébastien SAITZEK, Professeur des Universités, UCCS - Université d’Artois de Lens (France), Rapporteur
Mme Marielle EYRAUD, Maître de conférences, Aix-Marseille Université (France), Examinatrice
M. Frédéric GUINNETON, Professeur des Universités, IM2NP - Université de Toulon (France), Examinateur
M. Tomas FIORIDO, Docteur, IM2NP - Université Aix-Marseille (France), Co-encadrant
M. Abdallah LYOUSSI, Professeur des universités, CEA Cadarache (France), Codirecteur
M. Jean-Christophe VALMALETTE, Professeur des universités, IM2NP - Université de Toulon (France), Directeur de thèse
Résumé :
Cette thèse porte sur le développement de nouveaux matériaux scintillateurs basés sur des tungstates de cérium et samarium, Ce(2-x)Smx(WO4)3. L'étude explore de manière systématique et comparative l'élaboration de ce système sous deux formes, des poudres et des films minces. L'objectif est d'évaluer le potentiel de ces matériaux pour la détection de rayonnements et de comprendre l'influence fondamentale du procédé de synthèse sur leurs propriétés structurales et luminescentes Une étude comparative a été menée sur le système Ce(2-x)Smx(WO4)3 (0 ≤ x ≤ 2). Les poudres, synthétisées par coprécipitation, ont servi de système de référence à l'équilibre thermodynamique, montrant une structure bien cristallisée et une évolution morphologique prévisible. Les films minces, élaborés par pulvérisation cathodique RF, présentent quant à eux une microstructure hors équilibre, nanocristalline, contrainte, et dont la morphologie dépend de manière non linéaire de la composition, avec une singularité de croissance en îlots observée pour x=1. L'étude des propriétés de photoluminescence (PL) a révélé une divergence de comportement radicale entre les deux systèmes. Alors que les poudres exhibent une activation efficace de la luminescence intense et structurée de l'ion Sm3+, les films minces présentent une extinction quasi totale de cette même émission. L'émission résiduelle des films, faible et large, provient uniquement des centres intrinsèques du réseau (WO₄²⁻, Ce³⁺), indiquant un court-circuitage des mécanismes de transfert d'énergie vers le Sm³⁺.La conclusion principale de ce travail est que la microstructure spécifique des films, caractérisée par une forte densité de défauts (joints de grains, contraintes), est directement responsable de cette extinction luminescente en favorisant les voies de désexcitation non radiatives. Cette étude identifie ainsi un verrou scientifique et technologique majeur pour l'application de ces matériaux en couches minces, et établit que la maîtrise de la nanostructure, au-delà de la simple phase cristalline, est la condition indispensable pour optimiser leur réponse luminescente.
Mot clés : Tungstates de terres rares, Ce(2-x)Smx(WO4)3, Films minces, Pulvérisation cathodique, Photoluminescence, Extinction de luminescence, Microstructure.
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A Comparative Study of the Structural and Luminescent Properties of the Ce(2-x)Smx(WO4)3 Solid Solution: From Bulk Powder to Thin Film for Radiation Detection
Abstact:
This thesis focuses on the development of new scintillator materials based on cerium and samarium tungstates, Ce(2-x)Smx(WO4)3. The study systematically and comparatively explores the synthesis of this system in two forms: powders and thin films. The objective is to evaluate the potential of these materials for radiation detection and to understand the fundamental influence of the synthesis process on their structural and luminescent properties. The comparative study was conducted on the Ce(2-x)Smx(WO4)3 (0 ≤ x ≤ 2) system. Powders, synthesized by co-precipitation, served as a thermodynamic equilibrium reference system, exhibiting a well-crystallized structure and a predictable morphological evolution. In contrast, thin films, fabricated by RF sputtering, display a non-equilibrium, nanocrystalline, and strained microstructure, with a morphology that non-linearly depends on the composition, featuring a singular island-like growth mode observed for x=1.The study of photoluminescence (PL) properties revealed a radical divergence in behavior between the two systems. While the powders exhibit an efficient activation of the intense and structured luminescence of the Sm³⁺ ion, the thin films show a quasi-total quenching of this same emission. The residual emission from the films, which is weak and broad, originates solely from the intrinsic centers of the host lattice (WO₄²⁻, Ce³⁺), indicating a short-circuiting of the energy transfer mechanisms to Sm³⁺.The main conclusion of this work is that the specific microstructure of the films, characterized by a high density of defects (grain boundaries, stress), is directly responsible for this luminescence quenching by promoting non-radiative de-excitation pathways. This study thus identifies a major scientific and technological barrier to the application of these materials as thin films, and establishes that mastering the nanostructure, beyond the mere crystalline phase, is the essential condition for optimizing their luminescent response.
Keywords: Rare-earth tungstates, Ce(2-x)Smx(WO4)3, Thin films, Sputtering, Photoluminescence, Luminescence quenching, Microstructure
