Les ions métalliques de transition (TM) activés sont largement étudiés en raison de leurs performances exceptionnelles et de leur potentiel d'application dans des domaines tels que l'émission proche infrarouge, les lasers infrarouges, les LED blanches à conversion fluorescente, les thermomètres fluorescents et la phosphorescence. Les ions TM dans les solides peuvent occuper diverses positions de coordination comme la coordination octaédrique, hexaédrique et tétraédrique, et peuvent présenter plusieurs états d'oxydation. Les propriétés des transitions optiques dépendent fortement de l'environnement cristallin, ce qui complique la détermination des centres d'émission, la compréhension des mécanismes d'émission et la prédiction des performances. Cet article explore les propriétés thermodynamiques et de transitions optiques des ions TM dans les solides à l'aide de calculs de premiers principes. Le contenu inclut : l'analyse des défauts intrinsèques de la matrice, ainsi que la position, l'état d'oxydation, la distribution et la concentration des ions TM à partir des énergies de formation calculées sous différentes conditions chimiques; la compréhension des différents états excités et structures de niveaux des ions TM dans divers environnements cristallins; la construction de diagrammes de coordonnées conformationnelles pour analyser l'excitation, la relaxation, l'émission et la désactivation; la proposition de solutions pour réguler ou optimiser la position, l'état d'oxydation et les transitions optiques des ions TM à travers les conditions de synthèse, la coexistence et le codopage ionique. Plusieurs systèmes représentatifs illustrent comment utiliser les calculs de premiers principes pour étudier les matériaux lumineux solides dopés aux ions TM. Les systèmes et thèmes d'étude spécifiques comprennent : le mécanisme d'absorption résiduelle infrarouge dans le cristal laser Ti:Al₂O₃ et ses méthodes de réduction ou d'élimination; la position, l'excitation, la relaxation, l'émission et les propriétés de transition optique des ions Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺ dans les matrices spinelles et grenats typiques; la position, l'état d'oxydation et les propriétés de transition optique des ions chrome dans les matrices d'oxydes en solution solide, démontrant que les calculs de premiers principes peuvent être utilisés pour la recherche mécanistique, la conception rationnelle et l'optimisation des matériaux lumineux.

ions métalliques de transition; transitions optiques; calculs de premiers principes