Les ions activateurs des métaux de transition (TM) sont largement étudiés en raison de leurs excellentes performances et de leur potentiel d'application dans les domaines de l'émission dans le proche infrarouge, des lasers infrarouges, des LED blanches à conversion de fluorescence, des thermomètres à fluorescence, de la phosphorescence, etc. Dans les solides, les ions TM peuvent occuper divers sites de coordination tels que huit, six ou quatre coordonnées, présenter plusieurs états d'oxydation, et leurs propriétés de transition optique dépendent fortement de l'environnement cristallin. Par conséquent, déterminer les centres d'émission, comprendre les mécanismes d'émission et prévoir les performances des ions TM dans les solides est complexe. Cet article explore, par des calculs de premiers principes, les propriétés thermodynamiques et les transitions optiques des ions TM dans les solides. Le contenu comprend : analyse des défauts intrinsèques de la matrice ainsi que de la position, des états d'oxydation, de la distribution et de la concentration des ions TM à partir des résultats des énergies de formation dans diverses atmosphères chimiques ; compréhension des différents états excités et de la structure énergétique des ions TM dans divers environnements cristallins ; construction de graphiques de coordonnées conformationnelles pour analyser les processus d'excitation, de relaxation, d'émission et d'extinction ; propositions de régulation ou d'optimisation de la position, des états d'oxydation et des transitions optiques des ions TM par les conditions de synthèse, les conditions de coexistence et le codopage ionique. L'article s'appuie sur plusieurs systèmes représentatifs pour montrer comment utiliser les calculs de premiers principes dans l'étude des matériaux d'éclairage solides dopés aux ions TM. Les systèmes représentés et le contenu de la recherche comprennent : le mécanisme d'absorption résiduelle infrarouge dans les cristaux laser Ti∶Al₂O₃ et les méthodes de réduction ou d'élimination de celle-ci, les sites, les excitations, relaxations et transitions optiques des ions Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺ dans les matrices typiques de spinelle et de grenat, les sites, états d'oxydation et transitions optiques des ions chrome dans les matrices d'oxydes en solution solide, montrant que les calculs de premiers principes peuvent être utilisés pour étudier les mécanismes, la conception rationnelle et l'optimisation des matériaux d'éclairage.

Ions métalliques de transition;Transitions optiques;Calculs de premiers principes