Područje istraživanja/znanstvenog zanimanja

Interdisciplinarno istraživanje kompleksnih samo-organizacijskih procesa u kondenziranim molekulskim sustavima.

Opći cilj istraživanja je unapređenje razumijevanja procesa samo organizacije (SO) i samo-slaganja u monosloj (SAM), te  strukture, dinamike nastajanja i spontanih i/ili induciranih promjena adsorbiranih slojeva organskih molekula (uključujući površinski aktivne tvari) na sučeljima.

Samo organizacija i samo-slaganje u monosloj (SAM) definirano kao spontano formiranje kompleksne hjerarhijske strukture iz poznatih/pre-dizajniranih gradbenih blokova, uključuje višestruke energetske skale i višestruke stupnjeve slobode te kompetitivnost višestrukih interakcija (uključujući entropijske doprinose). S fizikalne točke gledišta to rezultira u bogatom i zanimljivom faznom ponašanju na višestrukim vremenskim i prostornim skalama uz dodatna pitanja vezana za reduciranu dimenzionalnost sustava. U kontekstu razumjevanja strukture, faznih prijelaza, nastanka i razvoja  monoslojeva ključna pitanja su:

      Koji se tipovi struktura i faza formiraju i koji parametri karakteriziraju uređenost (gustoća pakiranja, lokalno uređenje nasuprot uređenju dugog dosega, simetrija)?

       Na koji se način uređenje javlja i nestaje (npr. kao funkcija prekrivenosti ili temperature) i koja je priroda prijelaza?

      Na koji način različiti stupnjevi slobode i različiti konstituenti molekule (headgroup, lanac, krajnja grupa) utječu na rast i strukturu?

      Koje su pokretačke sile samo-slaganja? Što određuje kinetiku rasta i režim, koji su interni (npr. duljina molekulskog lanca ili orjentacija substrata) i vanjski (npr. temperatura) kontrolni parametri?

U traženju odgovora na ta pitanja polazna je pretpostavka da se s modernim eksperimentalnim i teorijskim alatima može korelirati makroskopska i mikroskopska svojstva (npr. promjenu površinske energije s promjenom molekulske strukture) takovih tvorevina koje često iskazuju optička, električka, optoelektronička, mehanička, kemijska ili druga svojstva važna sa stanovišta primjene a koja se ne mogu ostvariti s anorganskim materijalima.  U eksperimentalnom kontekstu to znači u istraživanju kombinirati različite metode i tehnike koje uz minimalnu perturbaciju sustava  omogućuju  dobivanje koreliranih informacija o njegovom stanju, strukturi i dinamici. Nadalje, teorijsko tumačenje eksperimentalnih rezultata  tj. razjašnjenje fizikalnih svojstava u jako poremećenim/složenim sustavima s korelacijama, za koje perturbacijski pristupi nisu praktični, zahtijeva složeniji pristup odnosno uvođenje i primjenu fraktalnih koncepata. Strukture nastale SO su često fraktalne i mogu se tretirati kao stohastički fraktali čija je fraktalna dimenzija odraz mehanizama nastanka, a njene se promjene mogu korelirati s promjenama u interakcijama i strukturi promatranog sustava.

Eksperimentalni se postupci pri istraživanju SO/uređenja provode u okviru dviju koncepcijski različitih pristupa:

-     u dvodimenzionalnom sustavu na Langmuirovom monosloju (monomolekularnom netopivom filmu na površini tekućine), i

-     na vodljivim površinama u elektrokemijskom okolišu.

-      

U eksperimentalnom se pristupu  kombiniraju različite napredne eksperimentalne metode i tehnike koje uz minimalnu perturbaciju sustava  omogućuju  dobivanje koreliranih informacija o stanju, strukturi i dinamici promatranog sustava a uključuju: vremenski razlučivu i EEM (Excitation Emission Matrix) fluorescencijsku spektroskopiju, Ramanska spektroskopija, difuznu refleksijska spektroskopija (DRS), mikroskopiju pod Brewsterovim kutem (BAM), raspršenje svjetlosti, skaliranje elektrode u elektrokemijskim mjerenjima i impedancijskoj spektroskopiji, mikroskopske metode (AFM, SEM, TEM) te fraktalnu analizu.

Važnost istraživanja se očituje se u činjenici da koncepti organizacije uspostavljaju aktivnu interakciju s ostalim znanstvenim područjima, dok rezulatati indiciraju univerzalne organizacijske principe prisutne u mnogim drugim sustavima osim istraživanih.

Istraživanje optičkih interakcija u morskoj vodi te unapređenje metoda karakterizacije otopljenog obojenog organskog materijala (CDOM) kao osnovnog materijala za  SO  na prirodnim sučeljima (voda/zrak).