Konzepte Studierender zur Unsicherheit von Messdaten

Der Umgang mit Messunsicherheiten ist in den experimentellen Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung, da erst sie ein Ergebnis bewert- und vergleichbar machen. Der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten ist daher zentraler Gegenstand der Ausbildung in den physikalischen Praktika. Nichtsdestotrotz zeigen Studien gravierende Fehlvorstellungen in diesem Bereich, die auch auf voruniversitäre Präkonzepte der Studierenden zurückgehen. Selbst bei der Auswertung von Dissertationen im Fach Physik können einige dieser Fehlvorstellungen noch gefunden werden. Um das Lernen der Studierenden genauer beobachten und Fehlkonzepte diagnostizieren zu können, wurden im Laufe des ersten Studiensemesters die mentalen Modelle Studierender mittels Concept-Maps abgebildet. Der Vergleich ihrer inhaltlichen Struktur mit Concept-Maps von Experten, unter anderem auf der Basis verschiedener graphentheoretischer Maße, ermöglicht die Bewertung der inhaltlichen Güte dieser Concept-Maps. So konnten im Längsschnitt Lernfortschritte, aber auch persistente Fehlkonzepte diagnostiziert werden

Konzepte Studierender zur Unsicherheit von Messdaten

Der Umgang mit Messunsicherheiten ist in den experimentellen Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung, da erst sie ein Ergebnis bewert- und vergleichbar machen. Der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten ist daher zentraler Gegenstand der Ausbildung in den physikalischen Praktika. Nichtsdestotrotz zeigen Studien gravierende Fehlvorstellungen in diesem Bereich, die auch auf voruniversitäre Präkonzepte der Studierenden zurückgehen. Selbst bei der Auswertung von Dissertationen im Fach Physik können einige dieser Fehlvorstellungen noch gefunden werden. Um das Lernen der Studierenden genauer beobachten und Fehlkonzepte diagnostizieren zu können, wurden im Laufe des ersten Studiensemesters die mentalen Modelle Studierender mittels Concept-Maps abgebildet. Der Vergleich ihrer inhaltlichen Struktur mit Concept-Maps von Experten, unter anderem auf der Basis verschiedener graphentheoretischer Maße, ermöglicht die Bewertung der inhaltlichen Güte dieser Concept-Maps. So konnten im Längsschnitt Lernfortschritte, aber auch persistente Fehlkonzepte diagnostiziert werden

Observation of a New Mechanism of Spontaneous Generation of Magnetic Flux in a Superconductor

We report the discovery of a new mechanism of spontaneous generation of a magnetic flux in a superconductor cooled through $T_c$. The sign of the spontaneous flux changes randomly from one cooldown to the next, and follows a Gaussian distribution. The width of the distribution increases with the size of the temperature gradient in the sample. Our observations appear inconsistent with the well known mechanisms of flux generation. The dependence on the temperature gradient suggests that the flux may be generated through an instability of the thermoelectric superconducting-normal quasiparticle counterflow

Ultrafast Magneto-Optical Study of Flux Avalanches in High-Tc Superconductors

An ultrafast magneto-optic pump-probe technique has been used to trigger and image a flux instability in high-temperature superconducting thin films. Snapshots of the dendritic flux avalanche spreading into the film could be obtained with a time resolution in the picosecond range

Islands of (In-)stability in High Temperature Superconductors

Dendritic flux penetration is a well known phenomenon in high temperature superconductors. We investigated the conditions under which this instability can be observed in different materials. We found three qualitatively different behaviors: dendrite development above a critical field and up to a certain temperature, above a critical field with no measurable temperature dependence, or no dendrite development at all

Konzepte Studierender zur Unsicherheit von Messdaten

Der Umgang mit Messunsicherheiten ist in den experimentellen Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung, da erst sie ein Ergebnis bewert- und vergleichbar machen. Der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten ist daher zentraler Gegenstand der Ausbildung in den physikalischen Praktika. Nichtsdestotrotz zeigen Studien gravierende Fehlvorstellungen in diesem Bereich, die auch auf voruniversitäre Präkonzepte der Studierenden zurückgehen. Selbst bei der Auswertung von Dissertationen im Fach Physik können einige dieser Fehlvorstellungen noch gefunden werden. Um das Lernen der Studierenden genauer beobachten und Fehlkonzepte diagnostizieren zu können, wurden im Laufe des ersten Studiensemesters die mentalen Modelle Studierender mittels Concept-Maps abgebildet. Der Vergleich ihrer inhaltlichen Struktur mit Concept-Maps von Experten, unter anderem auf der Basis verschiedener graphentheoretischer Maße, ermöglicht die Bewertung der inhaltlichen Güte dieser Concept-Maps. So konnten im Längsschnitt Lernfortschritte, aber auch persistente Fehlkonzepte diagnostiziert werden.publishe

Magnetic instability in YBa2Cu307-delta films

Using a magneto-optic technique we have investigated the magnetic flux propagation into and out of superconducting thin YBa2Cu3O7-b films. After field cooling below Tc, the external magnetic field Bext perpendicular to the film is changed which gives rise to shielding currents in the sample. The current distribution is disturbed momentarily by heating with a focused laser pulse near the sample edge. This triggers a magnetic instability, in which a magnetic flux avalance starts to propagate

Reversible laser annealing and magneto-optical characterization of HTSC thin films

The oxygen content in YBCO thin films can be changed locally by scanning a focused laser beam across the film surface at defined oxygen partial pressure. In contrast to annealing experiments in a furnace where the oxygen concentration remains homogeneous in the direction of the film layer, the local heating with a laser beam leads also to a lateral oxygen diffusion in the thin film. By investigating the laser written structures a deeper understanding of the patterning process itself and the oxygen diffusion in YBCO thin films could be obtained. For the detection of laser written structures and natural defects in HTSC thin films the magneto-optical method is highly qualified. It allows to visualize the magnetic screening behaviour with a high lateral resolution in the range of micrometers. In the past this technique was used to investigate the magnetic flux distribution in smaller samples at temperatures far below the boiling point of liquid nitrogen. In this work the magnetic resolution of the method was optimized so that much weaker magnetic field contrasts at 77 K can still be detected. In particular the presented apparatus allows the characterization of double-sided 3" HTSC Wafers even under conditions where cooling with liquid helium or closed-cycle refrigerators is not available

Velocity measurements of the dendritic instability in YNi2B2C

We measured the velocity of the flux front of an artificially nucleated dendritic instability in YNi2B2C. The required time resolution In the nanosecond regime was achieved by our magneto-optic pump-probe technique, utilizing a femtosecond laser system. The penetration velocity of the flux front is on the order of 360 km s-1

Magneto-Optic Characterization of Defects and Study of Flux Avalanches in High-Tc Superconductors down to Nanosecond Time Resolution

Optical methods offer an intrinsic high potential for experiments with excellent spatial and in particular also temporal resolution. Using the Faraday effect we carried out magneto-optical investigations of high-Tc superconductor thin films in a polarization microscope. Small defects in the superconducting material which possess a lower critical current density disturb the homogeneous penetration of magnetic flux into a sample when an external magnetic field is applied after zero field cooling. This is true even if the defects are below the sample surface or when the superconducting sample is covered by a thin layer of another material, e.g., gold, and can be used to characterize samples with diameters up to 3". For studies of the dynamics of magnetic flux in a superconducting sample, a pump-probe setup has been used. An instability which causes magnetic flux to enter the sample in dendritic form [1] is triggered by local heating with a focused ns or fs laser pulse. Part of the beam is separated by a beam splitter, passed through a variable delay line of suitable length and used for illumination of the sample. ForYBa2Cu307- 6 thin films a spreading velocity of (5 + 2) x 1o4 m/s is found which is an order of magnitude higher than the velocity of sound. The total area of the dendritic structure formed is found to depend linearly on the change Bext of the external magnetic flux density applied before the trigger pulse. No dependence on the pulse duration has been observed, suggesting a purely thermal nature of the trigger process