Spin elektrona predstavlja osjetljivu lokalnu probu okoline u kojoj se nalazi uslijed velikog magnetskog momenta (barem 680 puta većeg od magnetskog momenta protona) te sudjeluje u jakim/slabim magnetskim spregama s istovrsnim i raznovrsnim spinovima. Te se sprege mogu detaljno proučavati spektroskopijom elektronske spinske rezonancije (ESR). Različita magnetska međudjelovanja poput hiperfinog, dipolarnog, međudjelovanja izmjene ili spin-staza vezanja mogu se iskoristiti za dobivanje informacije o strukturi i dinamici materijala u gotovo svakom agregacijskom stanju. Međutim, postoji i drugačiji pogled na ovu temu: razumijevanje međudjelovanja spina elektrona u principu omogućuje kontrolu magnetskih svojstava promatranog sustava i pripremu novih multifunkcionalnih materijala željenih svojstava, počevši od kemijske sinteze. U okviru ovog projektnog prijedloga primijenit će se tehnička postignuća impulsne ESR instrumentacije te ESR spektrometara koji koriste visoke frekvencije/magnetska polja u svrhu dobivanja novih spoznaja o svojstvima promatranih materijala. Usporedno, koristeći dobro poznate koncepte ESR spektroskopije, klasični fenomenološki opis spinskog međudjelovanja bit će ponovo razmatran kako bi se razvili novi teorijski pristupi uključujući nove simulacijske tehnike.

Kao ciljevi istraživanja u ovom projektnom prijedlogu izabrana su sljedeća otvorena pitanja:

a) kako kontrolirati dekoherenciju elektronskih spinova u krutini gdje odlučujući utjecaj ima dinamika mnoštva nuklearnih spinova. U središtu interesa ovog pitanja je hiperfino međudjelovanje kao uzrok nuklearne spektralne difuzije. Sustavi u kojima dominira ovaj mehanizam raspada fazne memorije elektronskih spinova bit će izabrani kao prikladni eksperimentalni modelni sustavi. Primijenit će se različite tehnike dinamičkog rasprezanja u svrhu spoznaje kako se o fizičkom stanju krute matrice (staklasto ili kristalinično) može zaključiti iz mjerenja vremena fazne memorije;

b) kako opisati magnetska međudjelovanja i uređenje u kristalnoj strukturi molekulskih magneta (metalo-organske mreže, koordinacijski polimeri, kompleksi prijelaznih metala);

c) kako dobiti informaciju o rotacijskoj i translacijskoj dinamici paramagnetskih molekula u tekućinama uzimajući u obzir sve efekte hiperfinog i dipolarnog međudjelovanja te međudjelovanja izmjene na pripadajuće ESR spektre.

Ove tri netrivijalne teme, koje uključuju proučavanje spinskih međudjelovanja elektrona u amorfnim i kristaliničnim materijalima te tekućinama, imaju za cilj proširenje granica postojećih teorijskih modela. Također, očekivani cilj je i da se pravilnom manipulacijom i kontrolom spinskih stanja elektrona u ESR eksperimentu omogući dobivanje što više informacija iz spektralne analize, te, ako je moguće, utječe i na svojstva/dizajn materijala.