Hall-effect sign-inversion in a realizable 3D metamaterial

In 2009, Briane and Milton proved mathematically the existence of three-dimensional isotropic metamaterials with a classical Hall coefficient which is negative with respect to that of all of the metamaterial constituents. Here, we significantly simplify their blueprint towards an architecture composed of only a single constituent material in vacuum/air, which can be seen as a special type of porosity. We show that the sign of the Hall voltage is determined by a separation parameter between adjacent tori. This qualitative behavior is robust even for only a small number of metamaterial unit cells. The combination of simplification and robustness brings experimental verifications of this striking sign-inversion into reach.Comment: 9 figures, 7 page

On three-dimensional dilational elastic metamaterials

Dilational materials are stable three-dimensional isotropic auxetics with an ultimate Poisson's ratio of -1. We design, evaluate, fabricate, and characterize crystalline metamaterials approaching this ideal. To reveal all modes, we calculate the phonon band structures. On this basis, using cubic symmetry, we can unambiguously retrieve all different non-zero elements of the rank-4 effective metamaterial elasticity tensor, from which all effective elastic metamaterial properties follow. While the elastic properties and the phase velocity remain anisotropic, the effective Poisson's ratio indeed becomes isotropic and approaches -1 in the limit of small internal connections. This finding is also supported by independent static continuum-mechanics calculations. In static experiments on macroscopic polymer structures fabricated by three-dimensional printing, we measure Poisson's ratios as low as -0.8 in good agreement with theory. Microscopic samples are also presented.Comment: 8 figure

Phonon band structures of three-dimensional pentamode metamaterials

Three-dimensional pentamode metamaterials are artificial solids that approximately behave like liquids, which have vanishing shear modulus. Pentamodes have recently become experimental reality. Here, we calculate their phonon band structures for various parameters. Consistent with static continuum mechanics, we find that compression and shear waves exhibit phase velocities that can realistically be different by more than one order of magnitude. Interestingly, we also find frequency intervals with more than two octaves bandwidth in which pure single-mode behavior is obtained. Herein, exclusively compression waves exist due to a complete three-dimensional band gap for shear waves and, hence, no coupling to shear modes is possible. Such single-mode behavior might, e.g., be interesting for transformation-elastodynamics architectures.Comment: 5 figure

Entwicklung und Erprobung eines medienintegrativen Deutschunterrichts in der Orientierungsstufe. Eine Produktions- und Rezeptionsstudie

Bückmann VH. Entwicklung und Erprobung eines medienintegrativen Deutschunterrichts in der Orientierungsstufe. Eine Produktions- und Rezeptionsstudie. Bielefeld: Universität Bielefeld; 2020.Die vorliegende Forschungsarbeit gibt Auskunft darüber, ob ein Deutschunterricht, der nach medienintegrativen Prinzipien ausgerichtet ist, die Medienkompetenz der Schüler besser fördert als ein Unterricht, der traditionell eher buchorientiert gestaltet ist. Medienkompetenz wird hier als eine Basiskompetenz des Deutschunterrichts verstanden, die mehrere elementare Grundfähigkeiten beinhaltet. Nach unterschiedlichen Erhebungen und teils internationalen Vergleichstudien wie z.B. PISA, TIMSS und anderen Vergleichsstudien befindet sich das deutsche Schulsystem in einem Wandel. Es wird darüber diskutiert, welche Fähigkeiten Heranwachsende zur Bewältigung ihres Alltags benötigen. Diese Veränderungen gibt es im Unterrichtsfach Deutsch ebenfalls. Eine wichtige Veränderung der letzten Jahrzehnte ist der Umgang mit Medien. Kaum ein anderer Bereich hat so viel Einfluss auf das Leben der Menschen. Gerade die Entwicklung der Neuen Medien in den letzten 10 bis 20 Jahren hat diese Tendenz noch einmal verstärkt. Der Deutschunterricht ist der Entwicklung in dieser Zeit nur sehr schwerfällig begegnet. Hier stand und steht bisher nur ein einziges Medium im Vordergrund: Der gedruckte Text. Dies bedingt, wenn man die Fülle der Medien betrachtet, die es im Moment gibt, eine sehr eingeschränkte Sichtweise. Man muss deshalb die Frage stellen, ob ein solcher Deutschunterricht noch den gesellschaftlichen Realitäten entspricht, auf die er Kinder und Jugendliche vorbereiten soll. Der gedruckte Text ist gesellschaftlich gesehen nicht mehr das alleinbestimmende Medium. In vielen Bereichen wurde er durch visuelle und multimediale Medien in seiner Rolle als Leitmedium abgelöst. Manchmal ist der gedruckte Text Teil eines Medienverbundes, welcher viele verschiedene mediale Ausprägungen beinhaltet. Eine Chance hierzu besteht nicht in der völligen Abkehr vom Buch im Deutschunterricht, sondern in einer sinnvollen Kombination verschiedener Medien. Das Konzept des medienintegrativen Deutschunterrichts klingt somit sehr vielversprechend. Es soll helfen, bestimmte Kompetenzen im Umgang mit unterschiedlichen Medien im Alltag zu fördern. Innerhalb des Forschungszeitraums von einem Jahr wurde eine 5. Klasse eines Gymnasiums in der Orientierungsstufe medienintegrativ unterrichtet. Es wurden die dazu möglichen Mittel des Lehrplans ausgeschöpft. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden dann an verschiedenen Stellen Daten gesammelt, um die erlangte Medienkompetenz der Schüler zu dokumentieren. Da Medienkompetenz aus einem Bündel von Einzelkompetenzen besteht, mussten hier ebenfalls Kombinationen aus qualitativen und quantitativen Forschungsmethoden verwendet werden. Eine parallele Lerngruppe diente als Kontrollgruppe. Die Arbeit schließt mit einer ausführlichen Diskussion der Ergebnisse

On Mechanical Metamaterials

Mechanical Metamaterials are artificial materials which give access to elastic properties beyond natural materials. Within this work linear elastic material properties are tailored to exploit a Poisson\u27s ratio of close to 0.5 as well as approaching -1. These material properties are computed and the density is adjusted to specific values to control e.g. the impedance. At last two different cloaking concepts are realized with these materials and elastostatic cloaking is achieved