PostDoc in Rotating Systems
Particle rotation driven systems/Daļiņu rotāciju virzītas sistēmas
General information/Vispārīga informācija
Project title/Projekta nosaukums: Particle rotation driven systems/Daļiņu rotāciju virzītas sistēmas
Project number/Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/3/19/562
Project duration/Projekta īstenošanas termiņš: 2020.03.01-2023.02.28
Project funding/Projekta kopējais finansējums:
133,805.88 EUR, all for UL, of which/viss LU, no tā:
ERDF funding/ERAF finansējums: 113,734.99 EUR
State budget funding/Valsts budžeta finansējums: 13,380.58 EUR
UL funding/LU finansējums: 6,690.31 EUR
Project goal/Projekta mērķis: The aim of this non-economic, industrial research project is to provide fundamental building blocks for potential applications. To achieve this goal three different systems of rotating particles will be studied in detail. The first system is hematite cubes in external rotating magnetic field. The second one is flexible magnetic filaments in precessing magnetic field. The third one is Quincke suspension where rotation of particles is achieved via instability. In all cases theoretical models to describe those effects will be created, described and compared with experiments done in the Laboratory of Magnetic Soft Materials (LMSM) at the University of Latvia or by collaborators./ Šī rūpnieciskā pētniecības projekta mērķis ir pētīt pamatelementus potenciālajiem lietojumiem. Detalizēti tiks apskarītas trīs dažādas rotējošu daļiņu sistēmas. Pirmā sistēma ir hematīta kubi ārējā rotējošā magnētiskajā laukā. Otrā ir elastīgi magnētiskie pavedieni precesējošā magnētiskajā laukā. Trešā ir Quincke suspensijas. Visos gadījumos teorētiskie modeļi, kas aprakstīta šos efektus, tiks veidoti, aprakstīti un salīdzināti ar eksperimentiem. Eksperimenti tiks veikti Latvijas Universitātes Magnētisku Mīkstu Materiālu Laboratorijā (MMML) vai pie sadarbības partneriem.
Project results/Projekta rezultāti:
Project structure/Projekta struktūra:
Progress reports (in Latvian)/Progresa ziņojumi:
I ceturksnis (01.03.2020.-31.05.2020)
Kā pirmais veicamais uzdevums bija gatavošanās drīz gaidāmajam komandējumam uz Vāciju. Kā pirmais galamērķis tika apmeklēta Rostokas universitāte. Šeit es tikos ar Prof. Gimsa, priv.-doc. Dr. R. Mahnke un citiem interesentiem no Rostokas universitātes. Es pastāstīju par savu projektu, prezentēju paveikto un mēs diskutējām par sadarbības iespējām ar Rostokas universitāti.
Tālāk man ceļš veda uz Berlīnes tehnisko universitāti, kur man bija paredzēts apmeklēt pavasara skolu par Lattice Boltzmann metodēm ar OpenLB. Kā redzams bildē, vasars skolā piedalījās vairāk kā 60 dalībnieki. Programmā bija 5 intensīvas mācību dienas, kur es daudz iemācījos par Lattice Boltzmann metodēm un openLB. šeit es arī ieguvu jaunus kontaktus, piem. Prof. Štarks no Berlīnes TU, kas nodarbojas arī ar mīkstiem magnētiskiem materiāliem un peldētājiem. Varbūt 2. mana projekta daļā mums sanāks sadarboties. Pavasara skolā arī tika prezentēts zemāk redzamais plakāts "Densly packed magnetic particles in rotating magnetic field" ar atsauci uz šo projektu.
Pēc vasaras skolas beigām, tad arī devos mājās, tomēr mani sagaidīja negaidīts pārsteigums ar Covid-19 straujo epidēmijas izplatīšanos. Man nākošās divas nedēļas bija jāpavada pašizolācijā, jo biju bijis Vācijā. Tas, protams, nedaudz pamainīja manus plānus un arī lika saprast, ka paredzētā 1. mobilitāte uz Spāniju vai Franciju (rezerves variants) izpaliks. Tāpēc tika pieņemts lēmums strādāt pie pirmā paredzētā raksta rakstīšanas bez eksperimentālās daļas. Analizējot magnētisko ķēdīšu konfigurācijas pie dažādām magnētiskā momenta orientācijā, tikko noteikta magnētiska lauka orientācija hematīta kubiņā. Arī raksts tika uzrakstīts un iesnigts "Soft matter" žurnālā, tomēr netika pieņemts publicēšanai. Šobrīd notiek darbs pie trūkumu novēršanas un tiek gaidīti eksperimentālie dati. Eksperimentu G. Kitenberga vadībā, kas palīdzēs ar rezultātu interpretāciju, paredzēts veikt tuvākajā laikā šeit pat MMML laboratorijā.
Lai pilnveidotos šajā laikā un uzlabotu savas angļu valodas zināšanas tika pieņemts lēmums arī apmeklēt SAM LU FMOF Angļu valodas kursi akadēmiskajam personālam.
II ceturksnis (01.06.2020.-31.08.2020)
Noslēdzies arī 2. ceturksnis. Diemžēl Covid-19 ieviesa nopietnas izmaiņas norises gaitā. Atcēlās mobilitāte uz Spāniju. Monitērojot attīstības gaitu, tika pieņemts lēmums nemēģināt pārcelt to uz vēlāku laiku, jo nav skaidrs, cik ilgi varētu būt neziņa par drošību un eksperimenta norisi. Tāpēc, eksperiments bija jāveic MMML laboratorijā. Komandējumam paredzētā nauda tika novirzīta studenta algošanai, kas veiks eksperimentus. Rezultāts izskatās apmierinošs un izskatās, ka iecerētais tiks sasniegts. Vienīgi, raksts nedaudz aizkavēsies salīdzinot sākotnējos termiņus, jo bija nepieciešams laiks, eksperimentālo iekārtu apgūšanai.
Arī Korsikā iecerētās vasaras skola norise un konference tika atlikta par veselu gadu. Tas, principā ļoti daudz ko neietekmē, bet grafiku nākošajam gadam padara daudz daudz saspringtāku. Paredzot šādu scenāriju pieteicos arī citai vasaras skolai, kas notiks attālināti, taču tā kā bija pārāk liels gribošu studentu skaits, kas vēlas tur piedalīties (Covid-19 dēl tika samazināts maksimālais dalībnieku), tāpēc tur nevarēju piedalīties.
Bet ir arī pozitīvās ziņas. Teksts un skaitliskie aprēķini rakstam jau ir uzrakstīti. Ir veiktas simulācijas par konfigurāciju sadalījumiem dažādās temperatūrās. Paralēli arī sāku darbu pie konfigurācijām rotējoša magnētiskā laukā. Tas ir nākošais uzdevums, kas jāizpēta manā projektā. Šobrīd tiek apgūta programma OpenLB. Tās pirmkods ir jāmodoficē, lai varētu veikt aprēķinus. Šobrīd tiek implementēti berzes spēki starp daļinām.
III ceturksnis (01.09.2020.-30.11.2020)
Noslēdzies arī 3. ceturksnis. Diemžēl Covid-19 ieviesa nopietnas izmaiņas norises gaitā. Tika atceltas abas vasaras skolas un konference uz kuru es pieteicos. Tā kā izglītības sadaļu pilnīgi novārtā nevarēja atstāt, tad es pieteicos attālinos līderības kursos doktorantūras studentiem. Tos arī pabeidzu septembrī, kur ieguvu svarīgas zināšanas, ka ļaus man augt karjeras kāpnēs. Septembrī arī sāku apmeklēt angļu valodas kursus, lai uzlabotu savas augļu valodas zināšanas. Tas noteikti noderēs rakstu sagatavošanā un saziņā ar ārzemju kolēģiem. Kursi noslēgsies decembra beigās.
Iepriekš jau minēju, ka nenotikušās Spānijas mobilitātes vietā eksperiments bija jāveic MMML laboratorijā. Diemžēl izrādījās, ka ar Latvijā pieejamo Mikroskopu ar spoļu sistēmu nav iespējams veikt mērījumus pie mazām lauka vērtībām parazītiskā magnētiskā lauka dēļ. Iekārta eksperimenta laikā magnetizējas un tāpēc neļauj veikt mērījumus pie mazām lauka vērtībām. Lai to novērstu vajadzētu ieviest atgriezenisko saiti, kas kompensētu parazītisko lauku, tomēr tas vēl pagaidām nav ieviest. Tāpēc sanāk, ka iepriekš izrakstītais raksts ir jāpārstrukturē un daļas jāpārraksta, lai varētu iekļaut eksperimenta rezultātus. Tāpēc raksts kavēsies vairāk nekā iepriekš minēts. Tiek apsvērta arī iespēja ieviest atgriezenisko saiti, taču tā kā nav zinātniskā personāla, kas varētu to paveikt, tas neizskatās cerīgi tuvākajā laikā.
Paralēli arī turpinājās iesāktais darbs pie konfigurācijām rotējoša magnētiskā laukā. Tas ir nākošais uzdevums, kas jāizpēta manā projektā. Turpinājās programma OpenLB apgūšana. Programmā OpenLB arī tika atrasta nopietna kļūda, kura sadarbojieties ar izstrādātājiem tika izlabota. Pašlaik norit darbs pie tā, lai ar programmu OenLB varētu simulēt hematīta kubiņu ķēdītes rotējošā magnētiskā laukā.
IV ceturksnis (01.12.2020.-28.02.2021)
Noslēdzies 4. ceturksnis. Covid-19 turpina ieviest nopietnas izmaiņas norises gaitā. Tika atcelta mobilitāte uz Maljorku Spānijā. Priecē, ka beidzot piedalījos 1. konferencē, lai gan tikai virtuāli, toties dalībnieku skaits bija vairāk kā 60 personas no dažādām valstīm. Uzstājos mūsu lokālajā MMML seminārā un turpināju savu izglītību. Šoreiz, apmeklējot 128 stundu angļu valodas kursus "Angļu valoda akadēmiskajam personālam" paaugstināju savu angļu valodas zināšanu līmeni uz "C1". Iegūtās zināšanas noteikti palīdzēs rakstu rakstīšanā, efektīvākā komunikācijā ar sadarbības partneriem un radīs labāku iespaidu par mani kā cilvēku.
Iepriekš jau minēju, ka nenotikušās Spānijas mobilitātes vietā eksperiments bija jāveic MMML laboratorijā. Bet ar Latvijā pieejamo Mikroskopu ar spoļu sistēmu nav iespējams veikt mērījumus pie mazām lauka vērtībām parazītiskā magnētiskā lauka dēļ, tāpēc kavējas publikācija P1. Diemžēl kavēšanās būs lielāka nekā gaidīts, jo pārrēķinot rezultātus pie lielākām magnētiskā lauka vērtībām un salīdzinot ar eksperimentu tika konstatēts, ka šī parazītiskā lauka ietekme ir daudz lielāka nekā sākotnēji cerēts, tāpēc, lai varētu publicēt iegūtos rezultātus, nekas cits neatliks vien kā sekot plānam B un ieviest atgriezenisko saiti, lai kompensētu šo parazītisko magnētisko lauku. Labās ziņās, ka Viesturam Šintam tas jau principā ir izdevies, tomēr pirms mērījumu veikšanas vēl ir nepieciešama nopietna testēšana.
No manas puses arī turpinājās darbs pie jau nākošā raksta rakstīšanas par magnētiskā ķēdītēm rotējošā laukā. Tika izveidots divdimensionāls modelis un tas tiek šobrīd pētīts un analizēts. Efektīvākai testēšanai būtu nepieciešams salīdzināt ar eksperimentu, taču tā kā vēl kavējas iepriekšējā raksta eksperimenti pagaidām tas nav izdevies. To mēr iegūtais modelis paredz interesantus scenārijus.
V ceturksnis (01.03.2021.-31.05.2021)
Noslēdzies arī 5. ceturksnis. Covid-19 turpina ieviest nopietnas izmaiņas norises gaitā, tomēr, lai situācija varētu normalizēsies tuvā nākotnē, šajā periodā man izdevās noslēgt vakcinēšanās ciklu pret Covid-19. Saņēmu 2 moderna potes. Pēc otrās bija gan diezgan spēcīgi simptomi. Cerot uz situācijas normalizēšanos pieteicos arī vasaras skolai ESM2021, ko vajadzēja apmeklēt pagājušo gad, bet Covid-19 dēļ tā tika atcelta. Šogad tā septembra sākumā norisināsies Rumānijā klātienē, ja būs iespējams. Alternatīvā gadījumā, tā norisināsies virtuāli, tas ir risinājums, tomēr tīklošanās pasākumi virtuālajā vidē īsti nedarbojas (efektivitāte daudz zemāka.)
Neraugoties uz situāciju ar Covid-19 pats ceturksnis gan bija diezgan bagāts ar notikumiem. šajā laikā man izdevās piedalīties Zinātņu nakts pasākumā, kurā es prezentēju stenda referātu par manu Postdok projektu, kā arī no 11. līdz 13. maijam es piedalījos starptautiskajā MECO46 konferencē, kur prezentēju savu stenda referātu. Abas aktivitātes bija ļoti nozīmīgas, tomēr, tās norisinājās virtuāli, tāpēc nedeva tik lielu ieguvumu kā klātienes aktivitātes. Zinātnes jomā progresu vēl joprojām kavē problēmas ar Latvijā pieejamo Mikroskopu ar spoļu sistēmu. Diemžēl ieviestajai atgriezeniskajai saitei izvēlētā sensora precizitāte nav īsti pietiekama. Sistēmā parādās nezināmas izcelsmes parazītisko lauki, kurus pagaidām neizdodas pilnībā kompensēt. Aizdomas, ka pie vainas ir viens no spoļu strāvas avotiem, tomēr tas vēl nav apstiprināts, jo nav alternatīvu ar ko to aizstāt. Darbs pie iekārtas uzlabojumiem turpinās, tomēr raksts P1 atkal kavējas vairāk nekā gaidīts, tomēr cerams, ka drīz tās tiks novērstas. Bildē arī pievienoju manu atvaļinājuma aktivitāti.
VI ceturksnis (01.06.2021.-31.08.2021)
Noslēdzies arī 6. ceturksnis. Šajā ceturksnī, gan tik ļoti neizjutu Covid-19 ietekmi. Tas varbūt saistīts ar vasaru, atvaļinājumu un faktu, ka beidzot atkal pieteicos vasaras skolai klātienē un gatavoju stenda referātu, ko beidzot atkal varēšu prezentēt klātienē, ESM 2021 vasaras skolā, kas norisināsies Cluj-Napoca, Rumānijā. Tajā piedalīsies vairāk kā 170 Postdoku un doktorantūras studentu. Tāpat man bija atvaļinājums, kur brīvā laikā varēju atpūsties dabā, palīdzēt lauku darbos, sēņot, kā arī iegādājos savu pirmo nekustamo īpašumu Rīgā. Tas gan tagad aizņems lielu daļu brīva laika.
Gatavojot stenda referātu, es apkopoju un uzrakstīju visus savus teorētiskos un simulāciju rezultātus, apkopotus nākošā raksta manuskriptā. Līdz ar ko simulāciju un teorētiskā daļa ir pabeigta. Tiesa publikācijai augstvērtīgākā žurnālā vēl būtu nepieciešami eksperimentāli rezultāti. Ja eksperimentāli rezultāti nebūs 2 mēnešu, tad tiks publicētā publikācija bez eksperimentāliem rezultātiem, jo iegūtie rezultāti ir intriģējoši un neparasti. Piem., ja apskatam hematīta kubiņu ķēdītes, tad izrādās, ka individuālas ķēdītes uzvedība mainās atkarībā magnētiskā laika rotācijas virziena. Tāpat arī tika iesākts darbs pie programmas, kas ļautu aprēķināt magnētisko filamentu formas patvaļīgos magnētiskos laukos.
VII ceturksnis (01.09.2021.-30.11.2021)
Noslēdzies arī 7. ceturksnis. Lielais notikums šajā periodā bija iespēja no 6. līdz 17. septembrim piedalīties ESM 2021 vasaras skolā, kas norisināsies Cluj-Napoca, Rumānijā. Tajā piedalījās vairāk kā 170 Postdoku un doktorantūras studentu. Pēc covid-19 ierobežojumiem tas ļāva atkal izbaudīt to sajūtu, ko sniedz diskusijas pie stenda referātiem klātienē. Tās ir pilnīgi citas sajūtas un Tu atkal spēj iegūt jaunus kontaktus ar cilvēkiem, kas darbojas līdzīgā nozarē. Pati vasaras skola norisinājās gan hibrīdā režīmā un daļa lektoru tomēr sniedz prezentācijas attālināti. Bet neskatoties uz to visu es ieguvu daudz jaunu kontaktu zināšanu un iedvesmu. Šeit arī es prezentēju manu stenda referātu par jaunākiem sava pētījuma rezultātiem un ieguvu jaunus idejas kā to turpināt.
Vēl viens priecīgais notikums bija, ka mums beidzot izdevās veikt mērījumus ar to precizitāti, kas mums ir nepieciešama publikācijai. Līdz ar to arī iesniedzām 1. publikāciju publicēšanai Physical Review E žurnālā. Tiesa recenzēšanas process izvērtās ļoti lēns un arī viens no recenzentiem pamanīja mūsu izmantotā modeļa trūkumus. Viņa pārliecināšanai gan būs nepieciešams papildus laiks.. Tāpat arī turpinājās iesākts darbs pie programmas, kas ļautu aprēķināt magnētisko filamentu formas patvaļīgos magnētiskos laukos. Diemžēl pagaidām ar esošo kodu mums neizdodas iegūt spirāles, kas eksperimentāli ir novērojamas. Pagaidām vēl gan nav skaidrs vai tas ir saistīts ar kādu nepievienotu efektu vai mēs vēl neesam atraduši īsto parametru apgabalu, kur tas ir novērojams
VIII ceturksnis (01.12.2021.-28.02.2022)
Šajā periodā WP1 ietvaros veicu darbu pie pirmās publikācijas recenzentu komentāriem un atbilstošas prezentācijas pilnveides. Recenzija izieta veiksmīgi un raksts publicēts labi atpazīstamajā žurnālā Physical Review E ( M. Brics, V. Šints, G. Kitenbergs, A. Cēbers (2022) Energetically favorable configurations of hematite cube chains. Physical Review E, 105, 024605 - DOI https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.024605). Vienlaikus turpināju teorētisku un skaitlisku darbu pie hematīta ķēdīšu dinamiku. Rezultāti salīdzināti ar pirmajiem eksperimentu rezultātiem. Strādāju pie otrās publikācijas. Par rezultātiem sagatavota prezentācija 80th International Scientific Conference of the University of Latvia, Section Latvian-Brazilian meeting on Active and Soft Matter Physics, kurā uzstājos 3. februārī. Tēzes atrodamas https://dspace.lu.lv/dspace/handle/7/56979
Turpināju darboties WP2 ietvaros pie atbilstošo skaitlisko simulāciju izveides. Veiktas testa simulācijas, meklētas un atrastas neprecizitātes.
Perioda laikā vienu mēnesi biju atvaļinājumā.
IX ceturksnis (01.03.2022.-31.05.2022)
Noslēdzies arī 9. ceturksnis. Diemžēl tajā es vairāk cīnījos ar veselības problēmām nekā nodarbojos ar zinātni. Vairāk kā divus mēnešus biju uz slimības lapas. Atcēlās komandējums uz Maljorku. Eksperimenta kavēšanās,... Tas viss ieviesa pamatīgas nobīdes manos plānos un visticamāk projekta izpilde tiks pagarināta par trīs mēnešiem. Šajā periodā, kad veselība ļāva, turpināju teorētisku un skaitlisku darbu pie hematīta ķēdīšu dinamikas pētījumiem. Rezultāti salīdzināti ar eksperimentu rezultātiem un ir izveidota metodika, kas ir jāuzlabo eksperimentā. Turpināju darbu arī pie otrās publikācijas, kā arī par rezultātiem sagatavots stenda referāts konferencei "MAGNETIC MICROHYDRODYNAMICS – AN EMERGING RESEARCH FIELD", kas norisināsies Mittelwhir, Francija. Dalība tajā ir svarīga, jo klātienē ļaus aprunāties gan ar Régine Perzynski gan ar Pietro Tierno par iespējām apmeklēt viņu vadītās laboratorija, kuras covid-19 pirmajā vilnī nācās atcelt.
X ceturksnis (01.06.2022.-31.08.2022)
Noslēdzies 10. ceturksnis. Šis ceturksnis bija vairāk atvaļinājuma ceturksnis, jo beidzot sagaidīju pieaugumu ģimenē. Tiesa ceturkšņa sākumā es ar stenda referātu piedalījos konferencē "MAGNETIC MICROHYDRODYNAMICS – AN EMERGING RESEARCH FIELD", kas norisinājās Mittelwhir, Francija. Ieguvu dažas idejas, no kurām vienu tad arī centāmies ar studentu palīdzību realizēt dzīvē. Proti, mēģināt veikt makroskopisku eksperimentu. Ar 3D printeri izveidot magnētiskus kubiņus ar magmatiskā momenta orientāciju kā hematīta kubiņiem. Aprunājos arī ar Régine Perzynski un Pietro Tierno, bet nonācām pie secinājuma, ka diemžēl projekta pašreizējā stadijā mobilitātes uz viņu vadītām laboratorijām dotu mazu ieguvumu.
XI ceturksnis (01.09.2022.-30.011.2022)
Noslēdzies 11. ceturksnis. Šis ceturksnis diemžēl vairāk bija mana cīņa ar veselības problēmām nevis pētniecība, jo ceturkšņa sākumā tika pārslimots Covid-19 un pēc tā es cīnījos ar tā izraisītām sekām. Tiesa man arī beidzot izdevās doties mobilitātē uz Belāru salu universitāti, kur es apciemoju profesoru Joan Cerda. Tur es biju 3 nedēļas un profesors Cerda man palīdzēja ar idejām Espresso koda modifikācijai, kas ļautu veikt aprēķinus situācijā, ja mums ir rotējošs magnētiskais lauks. Tas veiksmīgi izdevās, un tāpēc es turpināju koda modifikāciju un pievienoju iespēju arī simulēt paramagnētiskas daļiņas. Šīs abas daļas ir nepieciešamas manam projektam. Tā pat arī mobilitātē mēs daudz runājām par nākotnes kolaborācijas iespējām un esmu pārliecināts, ka daudzas idejas izdosies realizēt. Atgriežoties Latvijā es turpināju darboties ar Espresso un izveidot simulāciju paramagnētiskam filamentam rotējošā laukā, tomēr vēl joprojām man neizdodas iegūt spirāles.
XIi ceturksnis (01.12.2022.-30.06.2023)
Noslēdzies 12. ceturksnis. Tiesa šis ceturksis bija garāks, jo veselibas problēmu dēļ tika piešķirts projekta pagariājums - 3 mēneši. Tāpēc arī tas bija notikumiem ļoti bagāts. Piedalījos 2 konferecēs. Latvijas universitātes konferencē uzstājos ar referātu par hematīta kubiņu ķēdītēm. Jūnija vidū piedalījos arī starptautiskajā magnētiski šķidrumu konferencē ICMF 2023 Granāda, Sānija, kur prezentēju stenda referātu par hematīta kubiņu ķēdītēm.
Aprīlī, maijā, un jūnija sākimumā bija vairāk kā divu mēnešu mobilitātē uz Rostokas universitāti. Tur prezentēju vairākas prezentācijas par savu postdoka projektu, Kā arī ar Profesoru Jan Gimsa strādājām pie Kvinkes efekta. Analizējot literatūru, konstatējām, ka Kvinkes efekta aprakstā ir būtiskas problēmas, tāpēc nolēmām strādāt pie publikācijas, kas šos trūkumus novērstu. Darbs vēl ir procesā, tomēr ir ielikti topošās publikācijas pamati.
Paralēli šajā laikā arī tiek strādāts pie publikācijā. Tika iesniegtas kāpā 4 publikācijas. Trīs par hematīta kubiņiem un viena par magnētisko filamentu rotējošā magnētiskā laukā.
