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  • Physics
  • Surfaces (Physics)
  • American Association for the Advancement of Science (AAAS)  (348)
  • Logos Verlag Berlin  (37)
  • Boston, MA : Springer  (8)
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  • 1
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: While binaural technology applications gained in popularity in recent years, the majority of applications still use non-individual Head-Related Transfer Functions (HRTFs) from artificial heads. However, certain applications, for example research of spatial hearing or hearing attention, require an physically exact and realistic binaural signal. The limiting factor that prohibits the widespread use of individual HRTFs is the acquisition time of such data. This time requirement has recently been reduced by the use of parallelization in the measurement signal which lead to the development of fast measurement systems capable of acquiring individual and spatially dense HRTF. This thesis provides a objective and subjective evaluation of such a system that is designed with the goal of little disturbance of the measurements in mind. The construction is detailed, followed by both an objective and subjective evaluation. A detailed investigation into additional distortion of the sound field introduced by the system itself is presented and it is shown that the system performs comparably to a conventional system in terms of sound source localization. Furthermore, a method is introduced and evaluated to further reduce the measurement time by using continuous rotation during the measurement. This method is used to reduced the measurement duration from eight minutes to three minutes without audible differences.
    Keywords: Technology & Engineering ; Electronics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TJ Electronics and communications engineering::TJF Electronics engineering ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 2
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Die Teilchenphysik als Teilgebiet der modernen Physik gewinnt zunehmend an Bedeutung im schulischen Physikunterricht. In dieser Arbeit wird erstmalig das von Lehrkräften benötigte Fachwissen zur Teilchenphysik modelliert, wobei Fachwissen als ein Teil des Professionswissens verstanden wird. Als Fachwissensdimensionen werden die Inhaltsbereiche und die Wissensarten in den Fokus genommen, für welche jeweils Subfacetten identifiziert und präzise beschrieben werden. Nach einem überblick über die wesentlichen Ideen der Teilchenphysik wird in der Arbeit die sukzessive Modellierung des Fachwissens im Rahmen einer qualitativ und quantitativ angelegten Delphi-Studie vorgestellt. In drei Befragungsrunden wurden zwischen 35 und 65 internationale Expertinnen und Experten aus der teilchenphysikbezogenen Forschung (Fachwissenschaft und Fachdidaktik) und öffentlichkeitsarbeit (u.a. Wissenschaftsjournalismus) sowie erfahrene Lehrkräfte zu den für das Fachwissen relevanten Themen der Teilchenphysik befragt. Empirische Analysen der Befragungsrunden ergaben, dass sich die Dimension Inhaltsbereiche im deklarativen Wissen aus zehn teilchenphysikalischen Themen (z.B. Teilchen in der Hochenergiephysik, die vier fundamentalen Wechselwirkungen) zusammensetzt, von welchen sechs als besonders relevant eingeschätzt wurden. Im Anschluss an die letzte Befragungsrunde wurde theoriegeleitet eine erste Modellierung der Inhaltsbereiche für die Wissensarten des prozeduralen und konditionalen Wissens vorgenommen.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 3
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Die in den vergangenen Jahren zahlreich entstandenen außerschulischen Lernorte an der deutschen Wattenmeerküste sind Ausdruck einer Differenzierung der dortigen Bildungslandschaft, in der schulisches durch non-formales Lernen im regionalen Kontext ergänzt wird. Die außerschulischen Lernorte zeichnet aus, dass sie ihren Besucherinnen und Besuchern Primärerfahrungen bieten, um die außergewöhnliche Dynamik und Sensitivität des Wattenmeeres zu verdeutlichen. Allerdings schöpfen die Lernorte ihr Potenzial für das außerschulische Physiklernen nicht aus, denn obwohl insbesondere Strömungen und Strukturbildungen (z. B. Rippel, Dünen und Priele) das Erscheinungsbild des Wattenmeers prägen und dessen Dynamik repräsentieren, werden in den Bildungsangeboten bisher fast ausschließlich biologische Inhalte behandelt. Deshalb ist physikdidaktische Forschungs- und Entwicklungsarbeit nötig, die durch eine Didaktische Rekonstruktion von Strömungen und Strukturbildungen geleistet wird. Hierzu gehört zunächst eine fachliche Klärung. Im Anschluss werden Lernendenvorstellungen untersucht, indem problemzentrierte Interviews entlang von Realexperimenten durchgeführt und einer qualitativen Inhaltsanalyse unterworfen werden. Auf Basis des Vergleichs zwischen fachlicher Sicht und Lernendensicht gilt es sodann, Bausteine für didaktische Strukturierungen zu entwickeln. Diese Bausteine werden schließlich eingesetzt, um gemeinsam mit den Lernortbetreibenden Bildungsangebote zu entwickeln, die auch physikalische Zusammenhänge zur Küstendynamik explizieren.
    Keywords: Science ; Earth Sciences ; Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::R Earth sciences, geography, environment, planning::RB Earth sciences ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 4
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Problemlösen ist eine wesentliche Voraussetzung für das Handeln in allen Bereichen des Lebens: In einfachen Alltagssituationen, bei (natur-) wissenschaftlichen Fragestellungen oder bei komplexeren gesellschaftlich relevanten Problemen spielt die Lösung von Problemen eine Rolle. Im Bereich der Physik werden insbesondere innerhalb des schulischen und universitären Kontextes Probleme bearbeitet. Die täglichen Erfahrungen des Lehrbetriebs an Hochschulen machen jedoch deutlich, dass Teile der Studierenden große Schwierigkeiten haben, Probleme erfolgreich zu lösen. Die Diskrepanz zwischen der Wichtigkeit des Problemlösens und den Schwierigkeiten, die Studierenden dabei haben, ist der Ausgangspunkt für die zentrale Fragestellung der vorliegenden Arbeit: Was unterscheidet "gute" von "schlechten" Problemlösern und welche Faktoren beeinflussen den Erfolg beim Problemlösen? Die Arbeit fokussiert hierbei auf Probleme aus dem Themenfeld der Mechanik. Mit Hilfe einer empirischen Untersuchung wird dazu beigetragen, bereits bekannte Erkenntnisse aus der traditionsreichen Forschung zum Problemlösen zu bestätigen, zu quantifizieren und zueinander in Beziehung zu setzen. Es werden sowohl quantitative als auch qualitative Eigenschaften "guter" und "schlechter" Problemlöser herausgearbeitet - gute Problemlöser können beispielsweise auf mehr Fachwissen zurückgreifen, besitzen ein höheres Selbstkonzept und machen weniger Planungsfehler beim Bearbeiten physikalischer Problemstellungen.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 5
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: Our world today is becoming increasingly complex, and technical devices are getting ever smaller and more powerful. The high density of electronic components together with high clock frequencies leads to unwanted side-effects like crosstalk, delayed signals and substrate noise, which are no longer negligible in chip design and can only insufficiently be represented by simple lumped circuit models. As a result, different physical phenomena have to be taken into consideration since they have an increasing influence on the signal propagation in integrated circuits. Computer-based simulation methods play thereby a key role. The modelling and analysis of complex multi-physics problems typically leads to coupled systems of partial differential equations and differential-algebraic equations (DAEs). Dynamic iteration and model order reduction are two numerical tools for efficient and fast simulation of coupled systems. Formodelling of low frequency electromagnetic field, we use magneto-quasistatic (MQS) systems which can be considered as an approximation to Maxwells equations. A spatial discretization by using the finite element method leads to a DAE system. We analyze the structural and physical properties of this system and develop passivity-preserving model reduction methods. A special block structure of the MQS model is exploited to to improve the performance of the model reduction algorithms.
    Keywords: Technology & Engineering ; Electronics ; Mathematics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TJ Electronics and communications engineering::TJF Electronics engineering ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 6
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Experimentieren kann nicht nur dazu beitragen, fachinhaltliche Erkenntnisse zu gewinnen, sondern auch selbst Lerngegenstand sein. Wenig geklärt ist bisher, wie beim Experimentieren gelernt wird, worauf zu achten ist. Unklar ist auch, welche fachmethodischen Vorstellungen Lernende beim Planen, Durchführen und Auswerten aktivieren. Diesen Fragen wurde mithilfe einer schriftlichen Instruktion nachgegangen, die Lernende (Jg. 11) anregt, nicht nur Experimente durchzuführen, sondern auch über fachmethodische Grundlagen nachzudenken. Die Arbeitsphasen wurden für 42 Schülergruppen videografiert und kategorienbasiert ausgewertet, um Aussagen über Aktivitätsprofile, Vorstellungen und Kompetenzveränderungen zu generieren. Die Ergebnisse belegen die Komplexität von Lernprozessen und zeigen die Schwierigkeit, individuelle Kompetenzzuwächse auf bestimmte Prozesse zurückzuführen. Zum Beispiel konnten hohe Kompetenzzuwächse sowohl für Lernende mit häufigen fachmethodischen Beiträgen als auch für solche mit nur geringen fachmethodischen Aktivitäten festgestellt werden. Des Weiteren gehen experimentell angemessene Aktivitäten in erkennbaren Anteilen mit fachmethodisch unpassenden Vorstellungen einher, wie z.,B. bei einer korrekt vorgenommenen, aber falsch begründeten Trennung zwischen einer Beobachtung und einer Deutung. Die Arbeit liefert damit Hinweise, dass Lernende neben fachinhaltlichen auch fachmethodische Vorstellungen in den Unterricht mitbringen. Diese gilt es z.,B. durch explizite und wiederholte Thematisierung zu adressieren.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 7
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: In einem Solarturmkraftwerk werden hunderte bis tausende Spiegel (sogenannte Heliostate) einzeln der Sonne nachgeführt, sodass das Sonnenlicht auf die Spitze eines Turmes konzentriert wird. Dort befindet sich der Receiver, der die Solarstrahlung absorbiert und an das Wärmeträgermedium weitergibt. Große thermische Energiespeicher erlauben die ganztägige Stromproduktion (auch Nachts). In aktuellen Solarturmkraftwerken kommen als Wärmeträger- und Speichermedium häufig flüssige Nitratsalze wie Solar Salt zum Einsatz. Aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität und den geringen Kosten eignen sie sich sehr gut zur thermischen Energiespeicherung, jedoch bringen sie auch einige Nachteile mit sich. Flüssigmetalle weisen in vielen Punkten Vorteile gegenüber den Flüssigsalzen auf. In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften von Flüssigmetallen detailliert analysiert und mit Solar Salt verglichen. Zur Bewertung werden die Jahreserträge bzw. die Stromgestehungskosten (LCOE) herangezogen. Die Ergebnisse zeigen ein Potenzial zur Reduktion der Stromgestehungskosten mit Flüssigmetallen um bis zu 16 % gegenüber dem Referenzsystem mit Solar Salt, ohne dabei den Kraftwerksblock und den thermischen Speicher zu verändern.
    Keywords: Technology & Engineering ; Construction ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TN Civil engineering, surveying and building::TNK Building construction and materials ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 8
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-05
    Description: In 2005, the hybrid model was published by Prof. H.-D. Alber and Prof. P. Zhu as an alternative to the Allen-Cahn model for the description of phase field transformations. With low interfacial energy, it is more efficient, since the resolution of the diffuse interface is numerically broader for the same solution accuracy and allows coarser meshing. The solutions of both models are associated with energy minimisation and in this work the error terms introduced in the earlier publications are discussed and documented using one and two dimensional numerical simulations. In the last part of this book, phase field problems, initially not coupled with material equations, are combined with linear elasticity and, after simple introductory examples, a growing martensitic inclusion is simulated and compared with literature data. In addition to the confirmed numerical advantage, another phenomenon not previously described in the literature is found: with the hybrid model, in contrast to the examples calculated with the Allen-Cahn model, an inclusion driven mainly by curvature energy does not disappear completely. The opposite problem prevents inclusions from growing from very small initial configurations, but this fact can be remedied by a very finely chosen diffuse interface width and by analysing and adjusting the terms that generate the modelling errors. The last example shows that the hybrid model can be used with numerical advantages despite the above mentioned peculiarities.
    Keywords: Science ; Chemistry ; Mathematics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PN Chemistry ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 9
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Ein zentrales Ziel der fachdidaktischen Forschung stellt die Verbesserung schulischen Unterrichts dar. Eine Transferstrategie zur flächendeckenden Verbreitung wissenschaftlicher Erkenntnisse bildet die Bereitstellung evidenzbasierter, innovativer materialgestützter Unterrichtskonzeptionen. Allerdings fällt das Materialnutzungsverhalten von Lehrkräften individuell sehr unterschiedlich aus, wobei das Zusammenspiel verschiedener Einflussfaktoren auf die Materialnutzung bislang wenig erforscht ist. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, dieses Wirkgefüge unter authentischen Bedingungen genauer zu untersuchen. Dazu wurde kriteriengeleitet eine evidenzbasierte, fachdidaktisch innovative Unterrichtskonzeption ausgewählt (das Münchener Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik) und den teilnehmenden Lehrkräften fakultativ zur Verfügung gestellt. Mittels eines qualitativen Forschungsansatzes wurden elf Lehrkräfte bei der Implementierung des Konzepts durch ein Interview zu Beginn und am Ende einer Unterrichtsreihe zur Quantenmechanik sowie zwei Unterrichtsbeobachtungen mit je einem anschließenden stimulated recall begleitet. Aus den Ergebnissen folgt, dass die Probanden sich überwiegend heuristisch mit der Konzeption auseinandersetzten und lediglich Elemente auf Sichtstrukturebene implementierten. Das nachgewiesene Wirksamkeitspotential von evidenzbasierten, innovativen Unterrichtskonzeptionen scheint sich folglich lediglich unter bestimmten Bedingungsfaktoren zu entfalten.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 10
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Die vorliegende Dissertation beschreibt den Entwicklungs- und Validierungsprozess eines neuen Testinstruments zur Erfassung von Lehrer-Selbstwirksamkeitserwartungen in vier physikdidaktischen Handlungsfeldern (Umgang mit Aufgaben, Experimentieren, Elementarisieren, Umgang mit Schülervorstellungen), jeweils bezüglich der Dimensionen Planung und Durchführung von Physikunterricht. Die Instrumententwicklung erfolgt in hohem Maße theoriebasiert, indem unter anderem auf der Grundlage der sozial-kognitiven Theorie Banduras Regeln für die Itemkonstruktion abgeleitet werden, die außerdem eine kritische Analyse existierender Instrumente erlauben. Der mehrschrittige Validierungsprozess ist argumentbasiert angelegt. Im Rahmen einer Interviewstudie und einer Expertenbefragung werden vor allem inhaltliche Aspekte, wie z.B. die definitionskonforme Formulierung der Items, die Abdeckung des Handlungsfeldes oder die wahrgenommene Authentizität der Items, untersucht. Im Zuge der auf eine quantitative Auswertung angelegten Hauptstudie (N approx 1000) werden vor allem psychometrische Aspekte, wie die Eindimensionalität der Skalen oder die Passung des Antwortformates, in den Blick genommen. Zusammenfassend kann ein übergeordnetes Validitätsargument in Bezug auf die intendierte Testwertinterpretation formuliert werden. Weiterer Forschungsbedarf deutet sich unter anderem bezüglich der Unterscheidung der zwei genannten Dimensionen an.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; Psychology ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JM Psychology
    Language: German
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  • 11
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: In Lehr-Lern-Labor Seminaren können Lehramtsstudierende ihr fachliches, didaktisches und pädagogisches Wissen aufgreifen und in komplexitätsreduzierten Handlungsumgebungen anwenden. Dabei erstellen sie Experimentierstationen, um anschließend in einer iterativen Praxis mehrmals Schülerinnen und Schüler an diesen Stationen zu betreuen. Grundlegend für dieses Vorgehen sind Reflexionsprozesse zwischen den Betreuungen. Inwieweit diese Reflexionsprozesse die Entwicklung der Professionellen Unterrichtswahrnehmung der Studierenden fördern, wurde mit dieser Arbeit untersucht. Als ergänzende Intervention wurden fragenbasierte Videoanalysen der eigenen Betreuungen in das Seminar implementiert. Die Regressionsanalysen zeigten, dass sich die Professionelle Unterrichtswahrnehmung der Studierenden durch die Teilnahme am Seminar verbesserte, wenn zusätzlich das eigene Vorgehen und das ihrer Kommilitonen anhand der erstellten Videos analysiert wurden. Ohne Videoanalyse konnte keine Veränderung festgestellt werden.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 12
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Bei Schülerlaboren als wichtigem Teil außerschulischer MINT-Bildung besteht ein Forschungsdefizit hinsichtlich kognitiver und motivationaler Prozesse auf Seiten der Schülerinnen und Schüler. Mit einem Design-based Research Ansatz klärt die Studie deshalb die Dynamik der Lehr- und Lernprozesse in Schülerlaboren auf und erlaubt es, die Lernangebote mit Blick auf generelle Bildungsziele und spezifische Ziele der Labore empiriebasiert weiterzuentwickeln. Um Angebots-Nutzungs-Prozesse zu untersuchen, wird ein Analyseinstrument entwickelt; es erlaubt gleichermaßen, die didaktische Struktur der Angebote in einer SWOT-Analyse zu erfassen und die ablaufenden Denk- und Lernprozesse der Schülerinnen und Schüler empirisch zu erheben. Das Instrument fokussiert auf drei Dimensionen: die Orientierung der Angebote an Kontexten, die Integration von Problemlöseaufgaben und die Unterstützung von Autonomie der Schülerinnen und Schüler beim Entscheiden und Handeln. Die Ergebnisse der SWOT-Analyse werden mit empirischen Daten, die mit ethnografischen Methoden gewonnen werden, validiert. Eine daraufhin weiterentwickelte didaktische Struktur der Angebote ist hinsichtlich einer differenzierten Kontextualisierung, des Einsatzes narrativer Anker, die Problemlöseaufgaben einleiten, sowie einer phasenweisen Öffnung der Angebote verändert und führt zu besserem Verständnis fachlicher Inhalte und zu einer höheren Motivation.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 13
    Publication Date: 2023-02-01
    Description: Die professionelle Unterrichtswahrnehmung ist eine zentrale und situative Fähigkeit, die (angehende) Lehrkräfte befähigt, Lernprozesse im Unterricht zu erkennen, mithilfe ihres professionellen Wissens zu interpretieren und anschließend lernförderliche Handlungspläne abzuleiten. Der vorliegenden Arbeit liegt die Forschungsfrage zugrunde, ob diese Fähigkeit mit einem physikspezifischen Fokus mithilfe eines Instruments - bestehend aus inszenierten Unterrichtsvideos und einem teilweise geschlossenen Fragebogen - valide erfasst werden kann. Ein solches Instrument könnte dazu dienen, herauszufinden, ob die professionelle Unterrichtswahrnehmung domänenspezifisch ist (Hypothese 1) und ob diese situative Fähigkeit entlang der universitären Ausbildung eine Progression erfährt (Hypothese 2).  Die Ergebnisse der Arbeit ergeben 19 Items (EAP Reliabilität liegt bei 0.698), mit denen eine physikspezifische professionelle Unterrichtswahrnehmung gemessen werden kann. Weitere Analysen (zur Korrelation mit dem physikdidaktischen Wissen und der Abhängigkeit von studiumsbezogenen Daten) stützen die Konstruktvalidität des Tests. In Bezug auf Hypothese 1 hat sich wie erwartet gezeigt, dass die physikspezifische professionelle Unterrichtswahrnehmung signifikant von dem studierten Fach und dem Studiengang abhängt. Anders als erwartet ergeben die Ergebnisse zur Hypothese 2, dass die professionelle Unterrichtswahrnehmung aber nicht signifikant vom Studienfortschritt abhängt.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 14
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Erkenntnisgewinnung ist in den Naturwissenschaften untrennbar mit wissenschaftlichen Kontroversen verknüpft, die auch für den Physikunterricht einen Bildungswert besitzen, insbesondere im Hinblick auf kritische Urteilsbildung, Multiperspektivität und ein angemessenes Nature-of-Science-Verständnis. Basierend auf einer Charakterisierung wissenschaftlicher Kontroversen wird am Beispiel der Frage nach der Relativität der Masse in der Speziellen Relativitätstheorie in einer explorativ-qualitativen Studie untersucht, wie Physiklehrkräfte und Physiklehramtsstudierende mit einer solchen Kontroverse umgehen und inwieweit sie deren Bildungswert nutzen. Dazu werden sowohl Gedankenauflistungen, die von den Befragten nach dem Lesen von Textmaterialien zu den unterschiedlichen Fachpositionen erstellt wurden, als auch Antworten zu verschiedenen Textvignetten mit Hilfe der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Insgesamt zeigt sich, dass die Studierenden häufiger offen gegenüber den kontroversen fachwissenschaftlichen Positionen sind als die Lehrkräfte. Unterschiede in Bezug auf die Realisierung des Bildungswertes im Unterrichtskontext werden mithilfe von fünf Typen systematisch beschrieben. Ein Großteil der Befragten weist dabei Ansätze zur Umsetzung von Kontroversität im Physikunterricht auf. Die Mehrheit vertritt auch eine eigene fachwissenschaftliche Position und ein Teil der Befragten nutzt die wissenschaftliche Kontroverse zur Thematisierung von Nature-of-Science-Aspekten.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 15
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Fachdidaktisches Wissen gilt als wichtige Gelingensbedingung für einen professionell durchgeführten Unterricht. Positive Selbstwirksamkeitserwartungen, vielfältige Unterrichtskompetenzen sowie eine befürwortende Einstellung gegenüber der Reflexion von Unterricht sind darüber hinaus Indikatoren einer gelingenden Professionalisierung. Professionelle Handlungskompetenz entwickelt sich vornehmlich, wenn angehende Lehrkräfte die Gelegenheit bekommen theoretische Wissensanteile in der Praxis umzusetzen und diesen Transfer zu reflektieren. Die unreflektierte Absolvierung von Unterrichtspraktika birgt nämlich die Gefahr eines "Praxisschocks". Um dem vorzubeugen, ist es förderlich, praktische Studienanteile in ihrer Komplexität sukzessive zu steigern. Es wird davon ausgegangen, dass Lehr-Lern-Labore (LLL) diesen Anforderungen genügen. In der vorliegenden Arbeit wurde die professionalisierende Wirkung dieses Veranstaltungskonzepts am Beispiel des LLL "Schwimmen, Schweben, Sinken" multimethodisch untersucht. Dabei wurden Gruppendiskussionen und Interviews, eine hoch inferente Fremdeinschätzungserhebung sowie eine Prä-Post-Fragebogenstudie mit Studierenden der Bachelorstudiengänge Lehramt Physik sowie Grundschulpädagogik (Sachunterricht) an der Freien Universität Berlin durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Lehr-Lern-Labor-Veranstaltungen einen wichtigen Beitrag zur Anbahnung sowie zur Unterstützung der Professionalisierung von Lehrkräften bereits während des Studiums leisten können, ohne dass es zum "Praxisschock" kommt.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 16
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Eine lernendenorientierte und adaptive Gestaltung von Unterricht erfordert von den Lehrkräften, dass sie vorhandene Kompetenzen und Lernprozesse der Schülerinnen und Schüler diagnostizieren. Außerdem müssen sie die Anforderungen von Aufgaben mit Blick auf deren Passung zu den Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler analysieren können. Eine derart verstandene "diagnostische Kompetenz" wird als zentrales Professionalisierungsziel von Lehrkräften angesehen. Vor diesem Hintergrund wurden die diagnostischen Prozesse von acht Studierenden mit den Fächern Physik und Mathematik in zwei aufeinander folgenden Lehrveranstaltungen zur Diagnostik untersucht, um Potentiale und Lernhindernisse im Kompetenzaufbau zu identifizieren. In beiden Veranstaltungen bildeten Vignetten von Lernprozessen den Ausgangspunkt für studentische Diagnosen. Forschungsgegenstand waren u.a. schriftliche Diagnosen der Studierenden im Prä-Post-Vergleich sowie auf Video aufgezeichnete studentische Diskurse bei der Diagnose von Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler. Die Analysen erfassen u.a., auf welche Komponenten eines Diagnoseprozesses die Studierenden in welcher Weise Bezug nehmen und welche (fach-) didaktischen überlegungen bzw. Theoriebezüge sie in ihren Diagnosen als Referenzpunkte nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass auf struktureller Ebene zwar alle Komponenten thematisiert, aber inhaltlich nicht entlang einer typischen Abfolge miteinander verbunden werden. Trotz inhaltlicher Prompts wird nur selten explizit auf Theoriebezüge zurückgegriffen.
    Keywords: Mathematics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 17
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: The main focus of this thesis is the discussion of stability of an objective (atomic) structure consisting of single atoms which interact via a potential. We define atomistic stability using a second derivative test. More precisely, atomistic stability is equivalent to a vanishing first derivative of the configurational energy (at the corresponding point) and the coerciveness of the second derivative of the configurational energy with respect to an appropriate semi-norm. Atomistic stability of a lattice is well understood, see, e.,g., [40]. The aim of this thesis is to generalize the theory to objective structures. In particular, we first investigate discrete subgroups of the Euclidean group, then define an appropriate seminorm and the atomistic stability for a given objective structure, and finally provide an efficient algorithm to check its atomistic stability. The algorithm particularly checks the validity of the Cauchy-Born rule for objective structures. To illustrate our results, we prove numerically the stability of a carbon nanotube by applying the algorithm.
    Keywords: Mathematics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 18
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: Die Optimierung dynamischer Dichtsysteme ist eine kostengünstige Methode zur Erhöhung der Wirkungsgrade, Lebensdauer und Betriebssicherheit von Turbomaschinen. Zuverlässige und effiziente Dichtsysteme lassen sich nur realisieren, wenn die Anstreifvorgänge zwischen rotierenden und statischen Komponenten sowie ihre Folgen schon bei der Auslegung berücksichtigt und im Betrieb beherrscht werden können. Bis heute sind die physikalischen Vorgänge beim Anstreifen jedoch nur unzureichend verstanden und es fehlen zuverlässige Modellierungsansätze für ihre Vorhersage. Die vorliegende Arbeit liefert einen essentiellen Beitrag zum Verständnis des Anstreifverhaltens und somit zur Optimierung einlaufender dynamischer Dichtsysteme mit Fokus auf Labyrinthdichtungen mit Einlaufbelägen aus Hohlkörperstrukturen. Mit Hilfe aufwändiger experimenteller Untersuchungen wird in dieser Arbeit ein tiefergreifendes physikalisches Verständnis der Anstreifvorgänge bereitgestellt. Die experimentell gewonnenen Erkenntnisse bilden schließlich die Grundlage für die Entwicklung eines Modellierungsansatzes, der erstmals unter Berücksichtigung aller Einflussparameter die zuverlässige Vorhersage des Anstreifverhaltens einlaufender Labyrinthdichtungen ermöglicht.
    Keywords: Technology & Engineering ; Construction ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TN Civil engineering, surveying and building::TNK Building construction and materials ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 19
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Formeln sind eine wichtige mathematische Darstellungsform im Physikunterricht. Jedoch haben Lernende häufig Schwierigkeiten bei der Verbalisierung der inhaltlichen Bedeutung von Formeln. Dies wirft die Frage auf, wie Lehrende diese inhaltliche Seite von Formeln vermitteln. Der Theorieteil stellt den Empiriestand zu den Themenkomplexen Formeln und Kommunikation, Alltagssprache, Unterrichts -sprache und Fachsprache im Physikunterricht ausführlich dar. Auf Grundlage sprachwissenschaftlicher Überlegungen wurde ein Ebenenmodell der Versprachlichung von Formeln entwickelt und durch Lehrbuchanalysen validiert, mit dessen Hilfe das Sprechen von und über Formeln analysiert werden kann. In einer qualitativen, explorativ ausgerichteten Feldstudie wurde Physikunterricht von 10 Lehrenden zum elektrischen Widerstand beobachtet und ihre Sprache mit Hilfe der qualitativen Inhaltsanalyse und des entwickelten Ebenenmodells ausgewertet. Das entstandene Kategoriensystem zeigt ein vielfältiges Sprechen über Formeln, das viele Aspekte von Formelverständnis abdeckt. Eine explizite qualitative Interpretation von Formeln bleibt jedoch meist aus. Es zeigt sich in vielen Aspekten ein eher technischer Umgang mit Formeln, der die strukturelle Rolle der Mathematik vernachlässigt. Das Sprechen der Lehrenden im Umgang mit Formeln kann als entweder fachsprachlich, schülernah oder ausgewogen, in einigen Fällen zusätzlich als reflektierend charakterisiert werden.
    Keywords: Mathematics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 20
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Die fortschreitende Digitalisierung erleichtert den Einsatz von computergestützten Experimentiergelegenheiten in Schule und Universität. Dabei ermöglichen solche Experimente Lernenden eigenständige Erfahrungen mit neuen Fachinhalten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein lernerzentriertes und webbasiertes Angebot entwickelt, mit dem Lernende selbstständig Experimente zur Elektronenbewegung in Feldern durchführen können. Dabei wurden verschiedene Möglichkeiten zur Unterstützung der Lernprozesse, die der Einsatz digitaler Endgeräte mit sich bringt, realisiert - dies sind u.a. der Einsatz von Augmented Reality, ergänzenden Visualisierungen und automatisiertem Feedback. Doch über die Häufigkeit und die Art der Nutzung entsprechender Angebote in Schule und beim selbstständigen Lernen gibt es bisher nur wenige empirisch abgesicherte Erkenntnisse. Daher wurde hierzu eine Nutzungsanalyse mithilfe von Usertracking durchgeführt. Diese zeigt, dass das Angebot sowohl im Unterricht als auch beim selbstständigen Lernen sehr häufig genutzt wird, und deckt auf, welche Elemente zu einer intensiven Nutzung des Angebotes führen. Weiter wurde in einer Laborstudie die Wirkung von Multiplen Repräsentationen auf den Erfolg beim experimentellen Hypothesenprüfen und den wahrgenommenen Cognitive Load untersucht. Hier zeigte sich, dass integrierte, dynamisch verlinkte Repräsentationen die Nutzer unterstützen, aber keinen zusätzlichen Cognitive Load verursachen. Dies sollte bei der Gestaltung zukünftiger Angebote berücksichtigt werden.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 21
    Publication Date: 2023-02-01
    Description: Niedrige Studienerfolgsquoten in den Studiengängen Physik und Lehramt Physik sind sowohl aus bildungspolitischer und institutioneller Sicht als auch aus individueller Perspektive erfolglos Studierender eine Herausforderung. Bisher gibt es nur wenige empirische Studien, die Gründe für niedrige Studienerfolgsquoten bestimmen. Von dieser Situation ausgehend, zielte diese Arbeit auf die Erfassung domänenspezifischer Eingangsvoraussetzungen von Studienanfängerinnen und -anfängern, um daraus mögliche Prädiktoren für einen Studienerfolg zu bestimmen. Den Kern der Arbeit bildet die Konzeption und Evaluation eines Testinstruments zu Studieneingangsvoraussetzungen. Das Instrument umfasst einen Vorwissenstest in Mathematik und Physik sowie einen Test zu domänenspezifischen Verhaltensweisen und Einstellungen. Das selbstentwickelte Instrument wurde bei N = 116 Studierenden eingesetzt, um die Prognosekraft der gemessenen Konstrukte auf einen möglichen Studienerfolg zu schätzen. Dabei zeigte sich der Physikteil des Vorwissenstests in Verbindung mit der Hochschulzugangsberechtigungsnote als signifikanter Prädiktor für den Studienerfolg gemessen am Studienverbleib nach drei Semestern. Dieses Ergebnis stellt im Wesentlichen eine Replikation bereits bekannter Erkenntnisse dar. Es konnten erste Hinweise gefunden werden, dass sich lernzielorientierte Einstellungen positiv auf den Studienerfolg auswirken können.
    Keywords: Social Science ; Statistics ; Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JH Sociology & anthropology::JHB Sociology::JHBC Social research & statistics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 22
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Die Quantenphysik bildet schon heute das Fundament zahlreicher aktueller Technologien. Zukünftige Quantentechnologien, wie Quantencomputer, werden sowohl in der Industrie als auch für die Gesellschaft an Bedeutung gewinnen. In vielen nationalen und internationalen Schulcurricula ist die Quantenphysik als Thema für den Physikunterricht mittlerweile fest verankert. Aber trotz des enormen Bedeutungszuwachses von Quantentechnologien ist der Unterricht zur Quantenphysik an Schulen nach wie vor von semi-klassischen Modellen und quasi-historischen Zugängen geprägt, während moderne Begriffe der Quantenphysik häufig unberücksichtigt bleiben. Die Folge sind oft klassisch-mechanistisch geprägte Vorstellungen Lernender zur Quantenphysik. Hier setzt diese Arbeit an: mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wird ein Konzept vorgestellt, mit dem Lernende der gymnasialen Oberstufe Quanteneffekte anhand quantenoptischer Experimente kennen lernen. Konzepte der Quantenoptik, wie die Präparation von Quantenzuständen, die Antikorrelation am Strahlteiler und die Einzelphotoneninterferenz verhelfen Lernenden zu einem modernen Bild über Quantenphysik. Im Rahmen einer summativen Evaluation im Mixed-Methods-Design mit 171 Schülerinnen und Schülern zeigte sich, dass Lernende mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zu quantenphysikalisch dominierten Vorstellungen gelangen und verbreitete Lernschwierigkeiten vermieden werden können.
    Keywords: Science ; Science ; Physics ; Technology & Engineering ; Agriculture ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TV Agriculture and farming
    Language: German
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  • 23
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Sound power describes the emission of sound from sound sources. Despite today's state-of-the art measurement techniques, the current sound power determination methods are restricted due to various limitations. To overcome these limitations, a new sound power determination method is proposed, aiming at the establishment of traceability in airborne sound. This will enable the characterization of a sound source by its free field sound power. The dissertation describes a study on the dissemination process, which will allow the sound power of a device under test located at a real surrounding environment, to be referred to its free field sound power. Apart from the sound power, the corresponding uncertainty may be estimated in a transparent way, where each uncertainty component is provided. The basic tool for the dissemination process is the substitution method using aerodynamic reference sound sources, applied to both sound pressure and sound intensity measurements. Initially, a theoretical investigation deals with the factors that influence the substitution method. Experimental results are then presented based on measurements using a specially designed scanning apparatus. The transition from calibration to in situ conditions and the required correction, due to changes in environmental and operational conditions, is then discussed. In the last section, the sound power level of devices under test is determined along with its related uncertainty, which is further compared to the up-to-date uncertainty values.
    Keywords: Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 24
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: Human sound localization helps to pay attention to spatially separated speakers using interaural level and time differences as well as angle-dependent monaural spectral cues. In a monophonic teleconference, for instance, it is much more difficult to distinguish between different speakers due to missing binaural cues. Spatial positioning of the speakers by means of binaural reproduction methods using head-related transfer functions (HRTFs) enhances speech comprehension. These HRTFs are influenced by the torso, head and ear geometry as they describe the propagation path of the sound from a source to the ear canal entrance. Through this geometry-dependency, the HRTF is directional and subject-dependent. To enable a sufficient reproduction, individual HRTFs should be used. However, it is tremendously difficult to measure these HRTFs. For this reason this thesis proposes approaches to adapt the HRTFs applying individual anthropometric dimensions of a user. Since localization at low frequencies is mainly influenced by the interaural time difference, two models to adapt this difference are developed and compared with existing models. Furthermore, two approaches to adapt the spectral cues at higher frequencies are studied, improved and compared. Although the localization performance with individualized HRTFs is slightly worse than with individual HRTFs, it is nevertheless still better than with non-individual HRTFs, taking into account the measurement effort.
    Keywords: Technology & Engineering ; Electronics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TJ Electronics and communications engineering::TJF Electronics engineering ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 25
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Bedingt durch die zunehmende Heterogenität der Studierendenschaft rücken die Studienschwierigkeiten in der Studieneingangsphase immer mehr in den Fokus naturwissenschaftsdidaktischer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. In den bisherigen Untersuchungen werden die beim Übergang in die Hochschule auftretenden Lern-, Reflexions- und Entscheidungsprozesse allerdings kaum betrachtet. Vor diesem Hintergrund beschreibt die vorliegende Arbeit anhand des Lernzentrums 'Physiktreff' an der Universität Paderborn die evidenzbasierte Entwicklung und Gestaltung geeigneter Unterstützungsmaßnahmen. Das Maßnahmenpaket des universitären Lernzentrums 'Physiktreff' wurde mit einem Design-Based-Research-Ansatz in mehreren Zyklen entwickelt und mithilfe von schriftlichen Fragebogenerhebungen und leitfadengestützten Interviews evaluiert. Die Analyse von Nutzungstypen stellte je nach Typ unterschiedliche Wirkungen des 'Physiktreffs' fest, z.B. zeigt der 'Physiktreff' Wirkungen in transitionsbedingten Krisen und bei der Vorbereitung auf Prüfungen. Außerdem konnte eine zunächst theoretisch begründete Modellierung der Prozesse in der Studieneingangsphase empirisch fundiert werden.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; Psychology ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JM Psychology
    Language: German
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  • 26
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Naturwissenschaftliche Grundbildung im Sinne der Scientific Literacy umfasst das Erlernen inhaltlicher Konzepte sowie naturwissenschaftlicher Denk-, Arbeitsu- und Handlungsweisen. Auch in der Sachunterrichtsdidaktik werden entsprechende Ziele formuliert. Fachdidaktische und entwicklungspsychologische Forschungsergebnisse zeigen, dass Grundschulkinder systematische Strategien der Hypothesenprüfung (Variablenisolation und -kontrolle) erlernen können. Dabei scheint die Unterstützungsmaßnahme des Modeling besonders geeignet. In einem Prä-Post-Follow-up-Design mit Baseline wurden unter Kontrolle der Lernvoraussetzungen die Auswirkungen einer Förderung des Verständnisses der Variablenkontrolle im Kontext Magnetismus durch Modeling im Vergleich zu einem am Offenen Experimentieren orientierten Lernsetting auf (1) eigenständiges Bewerten und Entwickeln von Experimenten, (2) Transferfähigkeit, (3) Entwicklung, Durchführung und Bewertung eigener Experimente, (4) Qualität bzgl. des erreichten Niveaus der Experimente und (5) motivationale Schülermerkmale geprüft. Zur differenzierten Erfassung kamen ein Paper-Pencil-Test und ein videographiertes Interview zum Einsatz. Es konnte gezeigt werden, dass (1) beide Gruppen von der Intervention profitierten, die Daten einer Baseline jedoch auf einen Testwiederholungseffekt hindeuteten. Einflüsse der Intervention auf die anderen Bereiche konnten nachgewiesen werden. Eine Förderung durch Modeling wirkte sich auf alle vier genannten Bereiche (2)-(5) positiv aus.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 27
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-14
    Description: The exchange of orbit information is becoming more important in view of the increasing population of objects in space as well as the increase in parties involved in space operations. The aim of this thesis was to investigate how orbit information maintained by a space surveillance system can be provided to its users. Services like collision avoidance require very accurate information, while other services might be less stringent. An approach was studied, which allows to derive orbit and covariance information of predetermined accuracy from a reference orbit. Using Chebyshev polynomials, continuous state vector and covariance matrix information can be provided. The major advantage is that no inter- or extrapolation on the user's side is required. A method to reduce the data amount by interpolating the variance envelope functions was also studied. The proposed method in this thesis gives access to highly accurate information from the catalogue, where this information is required. On the other hand it can also provide less accurate information, where requirements are less restrictive, thereby allowing for a significantly reduced amount of data to be transferred and stored.
    Keywords: Computers ; Computer Science ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::U Computing and Information Technology::UY Computer science ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 28
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Für Studiengänge an deutschen Hochschulen wird heute meistens eine Orientierung an Kompetenzen eingefordert. Die zur Messung dieser Kompetenzen nötigen Testinstrumente fehlen aber weitestgehend. Im Kooperationsprojekt "Ko-WADiS", in dem diese Studie angesiedelt war, wurde ein Kompetenztest zur naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung entwickelt. Erkenntnisgewinnung wird dabei als ein komplexer Problemlöseprozess im Sinne des Scientific Reasoning angesehen. Auf Grundlage dieser theoretischen Überlegungen wurden zunächst ein Kompetenzmodell adaptiert und Items entwickelt. Für diese Studie wurde der Kompetenztest in einer querschnittlichen Untersuchung bei Studierenden der Physik eingesetzt. Die empirischen Ergebnisse deuten auf die beste Passung eines eindimensionalen Modells hin. Auf Basis dieses Modells wurden weitere Analysen vorgenommen. Hierbei wird deutlich, dass erwartungskonform Masterstudierende einen höheren Kompetenzstand als Bachelorstudierende haben. Gleichzeitig gibt es Evidenz für einen signifikanten Vorteil der Fachstudierenden im Vergleich zu den Lehramtsstudierenden. Keine Vorteile zeigen sich hingegen für Lehramtsstudierende der Physik mit einem weiteren naturwissenschaftlichen Fach.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 29
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Die Einstellung von Lehrkräften bestimmt deren Handeln mit. Die vorliegende Studie befasst sich mit dem Nutzungsverhalten und der Einstellung von Physiklehrkräften bzgl. Computern und Neuen Medien im unterrichtlichen Zusammenhang. Außerdem werden die Einstellung und Einschätzung von Schülerinnen und Schülern zu diesem Thema untersucht. Methodisch wurden dazu sowohl quantitative Analysemethoden auf Basis von Fragebögen, als auch qualitative Methoden wie halboffene Interviews genutzt und kombiniert. Durch die explorative Untersuchung konnte festgestellt werden, dass sich die Einstellung zum Computereinsatz im Physikunterricht in sechs Dimensionen beschreiben lässt, auf deren Basis die Lehrkräfte in fünf Gruppen klassifiziert werden: Verhinderte Nutzer, Neugierige, Computerenthusiasten, Realisten und Meider. Für jede dieser Gruppen lassen sich unterschiedliche Handlungsempfehlungen formulieren, um den Einsatz Neuer Medien bei Physiklehrkräften zu fördern.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 30
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-14
    Description: Orbital debris is becoming an increasing problem for space flight missions. New satellite launches, explosions, collisions and other events cause a steady rise in the number of objects orbiting the Earth. It is therefore important to determine the future development of the object population, as well as the effectiveness of debris mitigation measures, in long-term simulations. Orbital propagation, the calculation of an object's movement in its orbit, poses a challenge for this research due to the high computation times of the complex perturbation models involved. With populations consisting of hundreds of thousands of objects as well as simulation time frames of up to 200 years, these calculations can take up hours of computation time. To speed up this process, the analytical propagator Ikebana is introduced in this work of applied computer science in engineering. The program runs on graphics processing units, hardware designed for massively parallel execution of up to thousands of concurrent threads. This reduces the overall run time for large object populations from hours to minutes. Porting software from a conventional CPU is not a trivial task and involves a number of potential pitfalls and optimization opportunities which are detailed in this work. The propagator is integrated into other applications via a generic, multi-platform interface specifically designed for this task. It allows to develop the propagator separately and integrate it into other tools as a plugin at run time. The interface's architecture serves as a design template for analytical propagation software.
    Keywords: Computers ; Computer Science ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::U Computing and Information Technology::UY Computer science ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 31
    Publication Date: 2023-11-15
    Description: Die Didaktik der Physik ist im deutschsprachigen Raum mittlerweile fest etabliert. Ihre Akteur_innen haben ein Selbstverständnis als eigene wissenschaftliche Disziplin entwickelt, die eigene Forschungsfelder und -fragestellungen in den Fokus nimmt und mit spezifischen Forschungsformaten und -methoden untersucht. Die Forschungsaktivität in dieser Disziplin nimmt seit Jahren stetig zu und differenziert sich inhaltlich immer stärker aus, so dass es in der Didaktik der Physik kaum noch möglich ist, einen Überblick über alle Entwicklungen zu behalten. Zugleich sind die eigenen ideengeschichtlichen Wurzeln dieser Disziplin im aktuellen Forschungsbetrieb nicht mehr sehr präsent. Gerade Nachwuchswissenschaftler_innen sind sie nicht immer bewusst. Als Ergebnis einer über 3 Jahren dauernden Delphi-Studie legen wir in diesem Band eine Sammlung von Verweisen auf grundlegende und wegweisende Literatur der Physikdidaktik vor, die von Expert_innen jeweils kurz in den wissenschaftshistorischen Kontext eingeordnet werden. Es handelt sich hier nicht um ein Lehrbuch, sondern um eine Ressource, die die die historische Vielfalt physikdidaktischer Denk- und Forschungsansätze kompakt zugänglich macht und die zur Reflexion über die Fachdidaktik und ihr Selbstverständnis als wissenschaftliche Disziplin anregen soll. Sie möchte auf sinnvolle und ökonomische Weise die historische »Werdung« der Physikdidaktik nahebringen.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 32
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Flipped Classroom ist eine innovative Unterrichtsmethode, bei der sich Schülerinnen und Schüler zuhause mit Lernvideos auf den Unterricht vorbereiten. Im Unterricht selbst steht dann die Anwendung und Vertiefung des Wissens in kooperativen Lernsettings im Vordergrund. Wissenschaftlich ist der Einsatz dieser Methode im deutschen Schulunterricht bislang nicht untersucht worden, auch nicht im Physikunterricht. Haben die Schülerinnen und Schüler hier einen höheren Lernzuwachs? Ändern sich das Selbstkonzept, das Fachinteresse und die Motivation? Welche Rolle spielt dabei das Leistungsvermögen oder das Geschlecht? Die vorliegende quasi-experimentelle Interventionsstudie im Pre-/Postdesign mit Kontrollgruppe untersuchte den Einsatz des Flipped Classroom im Physikunterricht. Dabei zeigten sich positive Effekte auf den Lernerfolg sowie teilweise auf affektive Lernmerkmale. Motivational profitierten vor allem die Mädchen vom Flipped Classroom, die Jungen hingegen verbesserten deutlich ihre Hausaufgabendisziplin.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 33
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-01
    Description: In fachdidaktischen Interventionsstudien wird Unterricht auf Basis neu entwickelter Unterrichtskonzepte öfter mit "traditionellem Unterricht" verglichen. Eine vertiefte Auseinandersetzung mit "traditionellem Unterricht" bei Interventionsstudien ermöglicht einen differenzierteren Blick auf deren Ergebnisse, aber auch ein tieferes Verständnis von Akzeptanzhürden, die bei der Umsetzung neuer Unterrichtskonzepte auftreten können. In dieser Studie wurde daher der Anfangs-Elektrizitäts -lehreunterricht von 32 Lehrkräften in Bayern, Hessen und Österreich beleuchtet: Einerseits wurden Elemente der individuell umgesetzten Sachstruktur der Lehrkräfte mithilfe von Logbüchern und Schülerheften rekonstruiert. Andererseits wurde der Zusammenhang zwischen ausgewählten Lehrkräfte- und Schülervariablen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich für die Auswahl und Abfolge von Fachinhalten und den Einsatz von Analogiemodellen einige Muster identifizieren lassen, denen ein Großteil der Lehrkräfte folgte. Im Zuge von Mehrebenenanalysen konnten die erhobenen Aspekte des Professionswissens der Lehrkräfte in einer Betrachtung des Gesamtsamples der Lernenden nicht als Prädiktor für fachlichen Lernerfolg identifiziert werden, jedoch für das Sub-Sample der Lehrkräfte mit weniger als zehn Dienstjahren. Für die Entwicklung des Fachinteresses und des physikbezogenen Selbstkonzepts der Lernenden stellten sich die epistemologischen Vorstellungen und die Selbstwirksamkeitserwartung der Lehrkräfte im Umgang mit Schülervorstellungen als Prädiktoren heraus.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 34
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Eine lernendenorientierte und adaptive Gestaltung von Unterricht erfordert von den Lehrkräften, dass sie vorhandene Kompetenzen und Lernprozesse der Schülerinnen und Schüler diagnostizieren. Außerdem müssen sie die Anforderungen von Aufgaben mit Blick auf deren Passung zu den Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler analysieren können. Eine derart verstandene "diagnostische Kompetenz" wird als zentrales Professionalisierungsziel von Lehrkräften angesehen. Vor diesem Hintergrund wurden die diagnostischen Prozesse von acht Studierenden mit den Fächern Physik und Mathematik in zwei aufeinander folgenden Lehrveranstaltungen zur Diagnostik untersucht, um Potentiale und Lernhindernisse im Kompetenzaufbau zu identifizieren. In beiden Veranstaltungen bildeten Vignetten von Lernprozessen den Ausgangspunkt für studentische Diagnosen. Forschungsgegenstand waren u.a. schriftliche Diagnosen der Studierenden im Prä-Post-Vergleich sowie auf Video aufgezeichnete studentische Diskurse bei der Diagnose von Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler. Die Analysen erfassen u.a., auf welche Komponenten eines Diagnoseprozesses die Studierenden in welcher Weise Bezug nehmen und welche (fach-) didaktischen überlegungen bzw. Theoriebezüge sie in ihren Diagnosen als Referenzpunkte nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass auf struktureller Ebene zwar alle Komponenten thematisiert, aber inhaltlich nicht entlang einer typischen Abfolge miteinander verbunden werden. Trotz inhaltlicher Prompts wird nur selten explizit auf Theoriebezüge zurückgegriffen.
    Keywords: Mathematics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 35
    Publication Date: 2024-03-29
    Description: Niedrige Studienerfolgsquoten in den Studiengängen Physik und Lehramt Physik sind sowohl aus bildungspolitischer und institutioneller Sicht als auch aus individueller Perspektive erfolglos Studierender eine Herausforderung. Bisher gibt es nur wenige empirische Studien, die Gründe für niedrige Studienerfolgsquoten bestimmen. Von dieser Situation ausgehend, zielte diese Arbeit auf die Erfassung domänenspezifischer Eingangsvoraussetzungen von Studienanfängerinnen und -anfängern, um daraus mögliche Prädiktoren für einen Studienerfolg zu bestimmen. Den Kern der Arbeit bildet die Konzeption und Evaluation eines Testinstruments zu Studieneingangsvoraussetzungen. Das Instrument umfasst einen Vorwissenstest in Mathematik und Physik sowie einen Test zu domänenspezifischen Verhaltensweisen und Einstellungen. Das selbstentwickelte Instrument wurde bei N = 116 Studierenden eingesetzt, um die Prognosekraft der gemessenen Konstrukte auf einen möglichen Studienerfolg zu schätzen. Dabei zeigte sich der Physikteil des Vorwissenstests in Verbindung mit der Hochschulzugangsberechtigungsnote als signifikanter Prädiktor für den Studienerfolg gemessen am Studienverbleib nach drei Semestern. Dieses Ergebnis stellt im Wesentlichen eine Replikation bereits bekannter Erkenntnisse dar. Es konnten erste Hinweise gefunden werden, dass sich lernzielorientierte Einstellungen positiv auf den Studienerfolg auswirken können.
    Keywords: Social Science ; Statistics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JH Sociology and anthropology::JHB Sociology::JHBC Social research and statistics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 36
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Die Teilchenphysik als Teilgebiet der modernen Physik gewinnt zunehmend an Bedeutung im schulischen Physikunterricht. In dieser Arbeit wird erstmalig das von Lehrkräften benötigte Fachwissen zur Teilchenphysik modelliert, wobei Fachwissen als ein Teil des Professionswissens verstanden wird. Als Fachwissensdimensionen werden die Inhaltsbereiche und die Wissensarten in den Fokus genommen, für welche jeweils Subfacetten identifiziert und präzise beschrieben werden. Nach einem überblick über die wesentlichen Ideen der Teilchenphysik wird in der Arbeit die sukzessive Modellierung des Fachwissens im Rahmen einer qualitativ und quantitativ angelegten Delphi-Studie vorgestellt. In drei Befragungsrunden wurden zwischen 35 und 65 internationale Expertinnen und Experten aus der teilchenphysikbezogenen Forschung (Fachwissenschaft und Fachdidaktik) und öffentlichkeitsarbeit (u.a. Wissenschaftsjournalismus) sowie erfahrene Lehrkräfte zu den für das Fachwissen relevanten Themen der Teilchenphysik befragt. Empirische Analysen der Befragungsrunden ergaben, dass sich die Dimension Inhaltsbereiche im deklarativen Wissen aus zehn teilchenphysikalischen Themen (z.B. Teilchen in der Hochenergiephysik, die vier fundamentalen Wechselwirkungen) zusammensetzt, von welchen sechs als besonders relevant eingeschätzt wurden. Im Anschluss an die letzte Befragungsrunde wurde theoriegeleitet eine erste Modellierung der Inhaltsbereiche für die Wissensarten des prozeduralen und konditionalen Wissens vorgenommen.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 37
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Ein zentrales Ziel der fachdidaktischen Forschung stellt die Verbesserung schulischen Unterrichts dar. Eine Transferstrategie zur flächendeckenden Verbreitung wissenschaftlicher Erkenntnisse bildet die Bereitstellung evidenzbasierter, innovativer materialgestützter Unterrichtskonzeptionen. Allerdings fällt das Materialnutzungsverhalten von Lehrkräften individuell sehr unterschiedlich aus, wobei das Zusammenspiel verschiedener Einflussfaktoren auf die Materialnutzung bislang wenig erforscht ist. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, dieses Wirkgefüge unter authentischen Bedingungen genauer zu untersuchen. Dazu wurde kriteriengeleitet eine evidenzbasierte, fachdidaktisch innovative Unterrichtskonzeption ausgewählt (das Münchener Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik) und den teilnehmenden Lehrkräften fakultativ zur Verfügung gestellt. Mittels eines qualitativen Forschungsansatzes wurden elf Lehrkräfte bei der Implementierung des Konzepts durch ein Interview zu Beginn und am Ende einer Unterrichtsreihe zur Quantenmechanik sowie zwei Unterrichtsbeobachtungen mit je einem anschließenden stimulated recall begleitet. Aus den Ergebnissen folgt, dass die Probanden sich überwiegend heuristisch mit der Konzeption auseinandersetzten und lediglich Elemente auf Sichtstrukturebene implementierten. Das nachgewiesene Wirksamkeitspotential von evidenzbasierten, innovativen Unterrichtskonzeptionen scheint sich folglich lediglich unter bestimmten Bedingungsfaktoren zu entfalten.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 38
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-08-03
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
    Location Call Number Expected Availability
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  • 39
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-08-03
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 40
    Publication Date: 2018-08-03
    Description: The anomalous metallic state in the high-temperature superconducting cuprates is masked by superconductivity near a quantum critical point. Applying high magnetic fields to suppress superconductivity has enabled detailed studies of the normal state, yet the direct effect of strong magnetic fields on the metallic state is poorly understood. We report the high-field magnetoresistance of thin-film La 2– x Sr x CuO 4 cuprate in the vicinity of the critical doping, 0.161 ≤ p ≤ 0.190. We find that the metallic state exposed by suppressing superconductivity is characterized by magnetoresistance that is linear in magnetic fields up to 80 tesla. The magnitude of the linear-in-field resistivity mirrors the magnitude and doping evolution of the well-known linear-in-temperature resistivity that has been associated with quantum criticality in high-temperature superconductors.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 41
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-06-22
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 42
    Publication Date: 2018-06-22
    Description: Quantum phase transitions (QPTs) are ubiquitous in strongly correlated materials. However, the microscopic complexity of these systems impedes the quantitative understanding of QPTs. We observed and thoroughly analyzed the rich strongly correlated physics in two profoundly dissimilar regimes of quantum criticality. With a circuit implementing a quantum simulator for the three-channel Kondo model, we reveal the universal scalings toward different low-temperature fixed points and along the multiple crossovers from quantum criticality. An unanticipated violation of the maximum conductance for ballistic free electrons is uncovered. The present charge pseudospin implementation of a Kondo impurity opens access to a broad variety of strongly correlated phenomena.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 43
    Publication Date: 2018-06-22
    Description: Attosecond metrology of atoms has accessed the time scale of the most fundamental processes in quantum mechanics. Transferring the time-resolved photoelectric effect from atoms to molecules considerably increases experimental and theoretical challenges. Here we show that orientation- and energy-resolved measurements characterize the molecular stereo Wigner time delay. This observable provides direct information on the localization of the excited electron wave packet within the molecular potential. Furthermore, we demonstrate that photoelectrons resulting from the dissociative ionization process of the CO molecule are preferentially emitted from the carbon end for dissociative 2 states and from the center and oxygen end for the 2 states of the molecular ion. Supported by comprehensive theoretical calculations, this work constitutes a complete spatially and temporally resolved reconstruction of the molecular photoelectric effect.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 44
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-06-29
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 45
    Publication Date: 2018-06-29
    Description: The ultrafast laser excitation of matters leads to nonequilibrium states with complex solid-liquid phase-transition dynamics. We used electron diffraction at mega–electron volt energies to visualize the ultrafast melting of gold on the atomic scale length. For energy densities approaching the irreversible melting regime, we first observed heterogeneous melting on time scales of 100 to 1000 picoseconds, transitioning to homogeneous melting that occurs catastrophically within 10 to 20 picoseconds at higher energy densities. We showed evidence for the heterogeneous coexistence of solid and liquid. We determined the ion and electron temperature evolution and found superheated conditions. Our results constrain the electron-ion coupling rate, determine the Debye temperature, and reveal the melting sensitivity to nucleation seeds.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 46
    Publication Date: 2018-11-23
    Description: Topology and disorder have a rich combined influence on quantum transport. To probe their interplay, we synthesized one-dimensional chiral symmetric wires with controllable disorder via spectroscopic Hamiltonian engineering, based on the laser-driven coupling of discrete momentum states of ultracold atoms. Measuring the bulk evolution of a topological indicator after a sudden quench, we observed the topological Anderson insulator phase, in which added disorder drives the band structure of a wire from topologically trivial to nontrivial. In addition, we observed the robustness of topologically nontrivial wires to weak disorder and measured the transition to a trivial phase in the presence of strong disorder. Atomic interactions in this quantum simulation platform may enable realizations of strongly interacting topological fluids.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 47
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-30
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 48
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-12-07
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 49
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-12-07
    Description: Developing alternative paradigms of electronics beyond silicon technology requires the exploration of fundamentally new physical mechanisms, such as the valley-specific phenomena in hexagonal two-dimensional materials. We realize ballistic valley Hall kink states in bilayer graphene and demonstrate gate-controlled current transmission in a four-kink router device. The operations of a waveguide, a valve, and a tunable electron beam splitter are demonstrated. The valley valve exploits the valley-momentum locking of the kink states and reaches an on/off ratio of 8 at zero magnetic field. A magnetic field enables a full-range tunable coherent beam splitter. These results pave a path to building a scalable, coherent quantum transportation network based on the kink states.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 50
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-08-17
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 51
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-08-24
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 52
    Publication Date: 2018-09-14
    Description: Metamaterials constructed from deep subwavelength building blocks have been used to demonstrate phenomena ranging from negative refractive index and -near-zero to cloaking, emulations of general relativity, and superresolution imaging. More recently, metamaterials have been suggested as a new platform for quantum optics. We present the use of a dielectric metasurface to generate entanglement between the spin and orbital angular momentum of photons. We demonstrate the generation of the four Bell states on a single photon by using the geometric phase that arises from the photonic spin-orbit interaction and subsequently show nonlocal correlations between two photons that interacted with the metasurface. Our results show that metamaterials are suitable for the generation and manipulation of entangled photon states, introducing the area of quantum optics metamaterials.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 53
    Publication Date: 2018-09-14
    Description: Metasurfaces based on resonant nanophotonic structures have enabled innovative types of flat-optics devices that often outperform the capabilities of bulk components, yet these advances remain largely unexplored for quantum applications. We show that nonclassical multiphoton interferences can be achieved at the subwavelength scale in all-dielectric metasurfaces. We simultaneously image multiple projections of quantum states with a single metasurface, enabling a robust reconstruction of amplitude, phase, coherence, and entanglement of multiphoton polarization-encoded states. One- and two-photon states are reconstructed through nonlocal photon correlation measurements with polarization-insensitive click detectors positioned after the metasurface, and the scalability to higher photon numbers is established theoretically. Our work illustrates the feasibility of ultrathin quantum metadevices for the manipulation and measurement of multiphoton quantum states, with applications in free-space quantum imaging and communications.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 54
    Publication Date: 2018-09-21
    Description: Fast, high-fidelity measurement is a key ingredient for quantum error correction. Conventional approaches to the measurement of superconducting qubits, involving linear amplification of a microwave probe tone followed by heterodyne detection at room temperature, do not scale well to large system sizes. We introduce an approach to measurement based on a microwave photon counter demonstrating raw single-shot measurement fidelity of 92%. Moreover, the intrinsic damping of the photon counter is used to extract the energy released by the measurement process, allowing repeated high-fidelity quantum nondemolition measurements. Our scheme provides access to the classical outcome of projective quantum measurement at the millikelvin stage and could form the basis for a scalable quantum-to-classical interface.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 55
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-09-28
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 56
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-05
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 57
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-05
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 58
    Publication Date: 2018-10-05
    Description: In metals, orbital motions of conduction electrons on the Fermi surface are quantized in magnetic fields, which is manifested by quantum oscillations in electrical resistivity. This Landau quantization is generally absent in insulators. Here, we report a notable exception in an insulator—ytterbium dodecaboride (YbB 12 ). The resistivity of YbB 12 , which is of a much larger magnitude than the resistivity in metals, exhibits distinct quantum oscillations. These unconventional oscillations arise from the insulating bulk, even though the temperature dependence of the oscillation amplitude follows the conventional Fermi liquid theory of metals with a large effective mass. Quantum oscillations in the magnetic torque are also observed, albeit with a lighter effective mass.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 59
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-12
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 60
    Publication Date: 2018-10-12
    Description: Spin waves are collective excitations of magnetic systems. An attractive setting for studying long-lived spin-wave physics is the quantum Hall (QH) ferromagnet, which forms spontaneously in clean two-dimensional electron systems at low temperature and in a perpendicular magnetic field. We used out-of-equilibrium occupation of QH edge channels in graphene to excite and detect spin waves in magnetically ordered QH states. Our experiments provide direct evidence for long-distance spin-wave propagation through different ferromagnetic phases in the N = 0 Landau level, as well as across the insulating canted antiferromagnetic phase. Our results will enable experimental investigation of the fundamental magnetic properties of these exotic two-dimensional electron systems.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 61
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-19
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 62
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-19
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 63
    Publication Date: 2018-10-19
    Description: Taking advantage of nuclear spins for electronic structure analysis, magnetic resonance imaging, and quantum devices hinges on knowledge and control of the surrounding atomic-scale environment. We measured and manipulated the hyperfine interaction of individual iron and titanium atoms placed on a magnesium oxide surface by using spin-polarized scanning tunneling microscopy in combination with single-atom electron spin resonance. Using atom manipulation to move single atoms, we found that the hyperfine interaction strongly depended on the binding configuration of the atom. We could extract atom- and position-dependent information about the electronic ground state, the state mixing with neighboring atoms, and properties of the nuclear spin. Thus, the hyperfine spectrum becomes a powerful probe of the chemical environment of individual atoms and nanostructures.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 64
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-02
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 65
    Publication Date: 2018-11-16
    Description: Ultrafast nonequilibrium dynamics offer a route to study the microscopic interactions that govern macroscopic behavior. In particular, photoinduced phase transitions (PIPTs) in solids provide a test case for how forces, and the resulting atomic motion along a reaction coordinate, originate from a nonequilibrium population of excited electronic states. Using femtosecond photoemission, we obtain access to the transient electronic structure during an ultrafast PIPT in a model system: indium nanowires on a silicon(111) surface. We uncover a detailed reaction pathway, allowing a direct comparison with the dynamics predicted by ab initio simulations. This further reveals the crucial role played by localized photoholes in shaping the potential energy landscape and enables a combined momentum- and real-space description of PIPTs, including the ultrafast formation of chemical bonds.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 66
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-23
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 67
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-12-07
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 68
    Publication Date: 2018-10-19
    Description: The search for Majorana bound states (MBSs) has been fueled by the prospect of using their non-Abelian statistics for robust quantum computation. Two-dimensional superconducting topological materials have been predicted to host MBSs as zero-energy modes in vortex cores. By using scanning tunneling spectroscopy on the superconducting Dirac surface state of the iron-based superconductor FeTe 0.55 Se 0.45 , we observed a sharp zero-bias peak inside a vortex core that does not split when moving away from the vortex center. The evolution of the peak under varying magnetic field, temperature, and tunneling barrier is consistent with the tunneling to a nearly pure MBS, separated from nontopological bound states. This observation offers a potential platform for realizing and manipulating MBSs at a relatively high temperature.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 69
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-19
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 70
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-19
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 71
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-19
    Description: Suspended Bernal-stacked graphene multilayers up to an unexpectedly large thickness exhibit a broken-symmetry ground state whose origin remains to be understood. We show that a finite-temperature second-order phase transition occurs in multilayers whose critical temperature ( T c ) increases from 12 kelvins (K) in bilayers to 100 K in heptalayers. A comparison of the data with a phenomenological model inspired by a mean-field approach suggests that the transition is associated with the appearance of a self-consistent valley- and spin-dependent staggered potential that changes sign from one layer to the next, appearing at T c and increasing upon cooling. The systematic evolution with thickness of several measured quantities imposes constraints on any microscopic theory aiming to analyze the nature of electronic correlations in this system.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
    Location Call Number Expected Availability
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  • 72
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-26
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 73
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-26
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 74
    Publication Date: 2018-10-26
    Description: Synchrotron radiation—namely, electromagnetic radiation produced by charges moving in a curved path—is regularly generated at large-scale facilities where giga–electron volt electrons move along kilometer-long circular paths. We use a metasurface to bend light and demonstrate synchrotron radiation produced by a subpicosecond pulse, which moves along a circular arc of radius 100 micrometers inside a nonlinear crystal. The emitted radiation, in the terahertz frequency range, results from the nonlinear polarization induced by the pulse. The generation of synchrotron radiation from a pulse revolving about a circular trajectory holds promise for the development of on-chip terahertz sources.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 75
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-02
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 76
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-16
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 77
    Publication Date: 2018-11-23
    Description: The layered semimetal tungsten ditelluride (WTe 2 ) has recently been found to be a two-dimensional topological insulator (2D TI) when thinned down to a single monolayer, with conducting helical edge channels. We found that intrinsic superconductivity can be induced in this monolayer 2D TI by mild electrostatic doping at temperatures below 1 kelvin. The 2D TI–superconductor transition can be driven by applying a small gate voltage. This discovery offers possibilities for gate-controlled devices combining superconductivity and nontrivial topological properties, and could provide a basis for quantum information schemes based on topological protection.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 78
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-30
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 79
    Publication Date: 2018-11-30
    Description: Cuprates exhibit antiferromagnetic, charge density wave (CDW), and high-temperature superconducting ground states that can be tuned by means of doping and external magnetic fields. However, disorder generated by these tuning methods complicates the interpretation of such experiments. Here, we report a high-resolution inelastic x-ray scattering study of the high-temperature superconductor YBa 2 Cu 3 O 6.67 under uniaxial stress, and we show that a three-dimensional long-range-ordered CDW state can be induced through pressure along the a axis, in the absence of magnetic fields. A pronounced softening of an optical phonon mode is associated with the CDW transition. The amplitude of the CDW is suppressed below the superconducting transition temperature, indicating competition with superconductivity. The results provide insights into the normal-state properties of cuprates and illustrate the potential of uniaxial-pressure control of competing orders in quantum materials.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 80
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-08-10
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 81
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-08-10
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 82
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-08-10
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 83
    Publication Date: 2018-08-10
    Description: The role of electron-electron interactions in two-dimensional Dirac fermion systems remains enigmatic. Using a combination of nonperturbative numerical and analytical techniques that incorporate both the contact and long-range parts of the Coulomb interaction, we identify the two previously discussed regimes: a Gross-Neveu transition to a strongly correlated Mott insulator and a semimetallic state with a logarithmically diverging Fermi velocity accurately described by the random phase approximation. We predict that experimental realizations of Dirac fermions span this crossover and that this determines whether the Fermi velocity is increased or decreased by interactions. We explain several long-standing mysteries, including why the observed Fermi velocity in graphene is consistently about 20% larger than values obtained from ab initio calculations and why graphene on different substrates shows different behaviors.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 84
    Publication Date: 2018-08-10
    Description: Conventional theory predicts that ultrahigh lattice thermal conductivity can only occur in crystals composed of strongly bonded light elements, and that it is limited by anharmonic three-phonon processes. We report experimental evidence that departs from these long-held criteria. We measured a local room-temperature thermal conductivity exceeding 1000 watts per meter-kelvin and an average bulk value reaching 900 watts per meter-kelvin in bulk boron arsenide (BAs) crystals, where boron and arsenic are light and heavy elements, respectively. The high values are consistent with a proposal for phonon-band engineering and can only be explained by higher-order phonon processes. These findings yield insight into the physics of heat conduction in solids and show BAs to be the only known semiconductor with ultrahigh thermal conductivity.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 85
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-04-20
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 86
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-04-20
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 87
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-04-20
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 88
    Publication Date: 2018-04-20
    Description: The ability to confine light into tiny spatial dimensions is important for applications such as microscopy, sensing, and nanoscale lasers. Although plasmons offer an appealing avenue to confine light, Landau damping in metals imposes a trade-off between optical field confinement and losses. We show that a graphene-insulator-metal heterostructure can overcome that trade-off, and demonstrate plasmon confinement down to the ultimate limit of the length scale of one atom. This is achieved through far-field excitation of plasmon modes squeezed into an atomically thin hexagonal boron nitride dielectric spacer between graphene and metal rods. A theoretical model that takes into account the nonlocal optical response of both graphene and metal is used to describe the results. These ultraconfined plasmonic modes, addressed with far-field light excitation, enable a route to new regimes of ultrastrong light-matter interactions.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 89
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-04-27
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 90
    Publication Date: 2018-04-27
    Description: Many-particle entanglement is a fundamental concept of quantum physics that still presents conceptual challenges. Although nonclassical states of atomic ensembles were used to enhance measurement precision in quantum metrology, the notion of entanglement in these systems was debated because the correlations among the indistinguishable atoms were witnessed by collective measurements only. Here, we use high-resolution imaging to directly measure the spin correlations between spatially separated parts of a spin-squeezed Bose-Einstein condensate. We observe entanglement that is strong enough for Einstein-Podolsky-Rosen steering: We can predict measurement outcomes for noncommuting observables in one spatial region on the basis of corresponding measurements in another region with an inferred uncertainty product below the Heisenberg uncertainty bound. This method could be exploited for entanglement-enhanced imaging of electromagnetic field distributions and quantum information tasks.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 91
    Publication Date: 2018-04-27
    Description: Modern quantum technologies in the fields of quantum computing, quantum simulation, and quantum metrology require the creation and control of large ensembles of entangled particles. In ultracold ensembles of neutral atoms, nonclassical states have been generated with mutual entanglement among thousands of particles. The entanglement generation relies on the fundamental particle-exchange symmetry in ensembles of identical particles, which lacks the standard notion of entanglement between clearly definable subsystems. Here, we present the generation of entanglement between two spatially separated clouds by splitting an ensemble of ultracold identical particles prepared in a twin Fock state. Because the clouds can be addressed individually, our experiments open a path to exploit the available entangled states of indistinguishable particles for quantum information applications.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 92
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-05-11
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 93
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-19
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 94
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    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-10-26
    Description: Tailored quantum states of light can be created via a transfer of collective quantum states of matter to light modes. Such collective quantum states emerge in interacting many-body systems if thermal fluctuations are overcome by sufficient interaction strengths. Therefore, ultracold temperatures or strong confinement are typically required. We show that the exaggerated interactions between Rydberg atoms allow for collective quantum states even above room temperature. The emerging Rydberg interactions lead both to suppression of multiple Rydberg state excitations and destructive interference due to polariton dephasing. We experimentally implemented a four-wave mixing scheme to demonstrate an on-demand single-photon source. The combination of glass cell technology, identical atoms, and operation around room temperature promises scalability and integrability. This approach has the potential for various applications in quantum information processing and communication.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 95
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-02
    Description: The robust generation and propagation of multiphoton quantum states are crucial for applications in quantum information, computing, and communications. Although photons are intrinsically well isolated from the thermal environment, scaling to large quantum optical devices is still limited by scattering loss and other errors arising from random fabrication imperfections. The recent discoveries regarding topological phases have introduced avenues to construct quantum systems that are protected against scattering and imperfections. We experimentally demonstrate topological protection of biphoton states, the building block for quantum information systems. We provide clear evidence of the robustness of the spatial features and the propagation constant of biphoton states generated within a nanophotonics lattice with nontrivial topology and propose a concrete path to build robust entangled states for quantum gates.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 96
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-09
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 97
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-11-09
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 98
    Publication Date: 2018-11-09
    Description: Photon-mediated interactions between quantum systems are essential for realizing quantum networks and scalable quantum information processing. We demonstrate such interactions between pairs of silicon-vacancy (SiV) color centers coupled to a diamond nanophotonic cavity. When the optical transitions of the two color centers are tuned into resonance, the coupling to the common cavity mode results in a coherent interaction between them, leading to spectrally resolved superradiant and subradiant states. We use the electronic spin degrees of freedom of the SiV centers to control these optically mediated interactions. Such controlled interactions will be crucial in developing cavity-mediated quantum gates between spin qubits and for realizing scalable quantum network nodes.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 99
    Publication Date: 2018-12-07
    Description: Graphene is an atomically thin plasmonic medium that supports highly confined plasmon polaritons, or nano-light, with very low loss. Electronic properties of graphene can be drastically altered when it is laid upon another graphene layer, resulting in a moiré superlattice. The relative twist angle between the two layers is a key tuning parameter of the interlayer coupling in thus-obtained twisted bilayer graphene (TBG). We studied the propagation of plasmon polaritons in TBG by infrared nano-imaging. We discovered that the atomic reconstruction occurring at small twist angles transforms the TBG into a natural plasmon photonic crystal for propagating nano-light. This discovery points to a pathway for controlling nano-light by exploiting quantum properties of graphene and other atomically layered van der Waals materials, eliminating the need for arduous top-down nanofabrication.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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  • 100
    facet.materialart.
    Unknown
    American Association for the Advancement of Science (AAAS)
    In: Science
    Publication Date: 2018-07-06
    Description: Single-photon switches and transistors generate strong photon-photon interactions that are essential for quantum circuits and networks. However, the deterministic control of an optical signal with a single photon requires strong interactions with a quantum memory, which has been challenging to achieve in a solid-state platform. We demonstrate a single-photon switch and transistor enabled by a solid-state quantum memory. Our device consists of a semiconductor spin qubit strongly coupled to a nanophotonic cavity. The spin qubit enables a single 63-picosecond gate photon to switch a signal field containing up to an average of 27.7 photons before the internal state of the device resets. Our results show that semiconductor nanophotonic devices can produce strong and controlled photon-photon interactions that could enable high-bandwidth photonic quantum information processing.
    Keywords: Physics
    Print ISSN: 0036-8075
    Electronic ISSN: 1095-9203
    Topics: Biology , Chemistry and Pharmacology , Geosciences , Computer Science , Medicine , Natural Sciences in General , Physics
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