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Trendschätzung in Large-Scale Assessments bei differenziellem Itemfunktionieren

Sachse, Karoline A. 27 February 2020 (has links)
Differenzielles Itemfunktionieren bedeutet für die Trendschätzung durch Linking in querschnittlich angelegten Large-Scale Assessments eine Voraussetzungsverletzung. Solche Voraussetzungsverletzungen können sich negativ auf die Eigenschaften von Trendschätzern auswirken, woraus sich Einschränkungen für die Interpretierbarkeit der Trendschätzung ergeben können. Die vorliegende Arbeit umfasst, eingebettet in einen Rahmungstext, drei Einzelbeiträge, die sich mit der Prüfung der Auswirkung differenziellen Itemfunktionierens unterschiedlicher Provenienz auseinandersetzen. Im ersten Einzelbeitrag wird die Interaktion von Linkingdesigns und Linkingmethoden mit zwischen Ländern und über die Zeit unsystematisch unterschiedlich funktionierenden Items untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Wahl des Designs von großer Bedeutung sein kann, während der Performanzunterschied zwischen gängigen Linkingmethoden marginal war. Darüber hinaus führte der häufig praktizierte Ausschluss von differenziell funktionierenden Items zu einem Effizienzverlust. Im zweiten Einzelbeitrag wird die Unsicherheit der Trendschätzung, die entsteht, wenn Items zwischen Ländern und über die Zeit unsystematisch unterschiedlich funktionieren, quantifiziert und in die Berechnung der zugehörigen Standardfehler integriert. Im dritten Einzelbeitrag wird betrachtet, wie differenziellem Itemfunktionieren begegnet werden kann, das durch fehlende Werte und wechselnde Ausfallmechanismen zustande kommt. Wurden die fehlenden Werte inadäquat behandelt, verloren die Trendschätzer ihre Erwartungstreue und Konsistenz sowie an Effizienz. In der Summe wird in der vorliegenden Arbeit identifiziert und hervorgehoben, dass es in den untersuchten Bedingungen je nach Art des differenziellen Itemfunktionierens effektive Möglichkeiten des Umgangs mit diesem gibt, die potenziellen Einschränkungen bei der validen Interpretation der Trendschätzung zumindest teilweise entgegenwirken können. / Differential item functioning signifies a violation of the prerequisites required for trend estimation, which involves the linking of cross-sectional large-scale assessments. Such violations can negatively affect the properties of the trend estimators. Hence, the interpretability of trend estimates will be limited under such circumstances. Embedded within an overarching framework, three individual contributions that examine and deal with the effects of differential item functioning from different origins are presented in the current dissertation. The first article examines the interactions of linking designs and linking methods with items that show unsystematic and differential functioning between countries and across time. It showed that the choice of the design can be of great importance, whereas the difference in performance between common linking methods was marginal. In addition, the exclusion of differentially functioning items, an approach that is frequently used in practice, led to a loss of efficiency. In the second contribution, the uncertainty for the trend estimation resulting from items that show unsystematic and differential functioning between countries and across time is quantified and incorporated into the calculation of the trends' standard errors. The third article focuses on differential item functioning that is induced by missing values and nonresponse mechanisms that change over time. When the missing values were treated inappropriately, the trend estimators lost their unbiasedness, their consistency, and their efficiency. In sum, this dissertation identifies and emphasizes the ideas that, depending on the type of differential item functioning, there are effective ways to deal with it under the investigated conditions, and these can at least partially counteract potential limitations so that the trend estimates can still be interpreted validly.
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Differenzielle Validität von Mathematiktestaufgaben für Kinder mit nicht-deutscher Familiensprache / Welche Rolle spielt die sprachliche Komplexität der Aufgaben?

Haag, Nicole 18 December 2015 (has links)
Verschiedene Schulleistungsstudien stellten für Kinder mit nicht-deutscher Familiensprache bereits in der Grundschule substanzielle Disparitäten im Bereich Mathematik fest. Diese Disparitäten führten zu der Frage, ob die verwendeten Testverfahren zu hohe sprachliche Hürden für Kinder mit nicht-deutscher Familiensprache aufweisen und daher nicht ausreichend in der Lage sind, die Kompetenzen dieser Gruppe valide zu erfassen. In dieser kumulativen Arbeit wurde geprüft, inwiefern die sprachliche Komplexität von Mathematikaufgaben in der Grundschule einen benachteiligenden Einfluss auf die Erfassung der Mathematikleistung von Kindern mit nicht-deutscher Familiensprache darstellt. Zunächst wurde geprüft, ob die in nationalen Schulleistungsstudien verwendeten Aufgaben für diese Gruppe differenziell valide sind. Daran anschließend wurde untersucht, ob sich itemspezifische Kompetenznachteile durch die sprachlichen Merkmale der Aufgaben erklären lassen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die differenzielle Validität der betrachteten Testverfahren für Kinder mit nicht-deutscher Familiensprache insgesamt gering ausgeprägt ist. Ferner wurde festgestellt, dass sich die einzelnen sprachlichen Merkmale der Aufgaben sowohl spezifisch als auch gemeinsam auf die differenzielle Validität auswirken. Der größte Anteil der itemspezifischen Kompetenznachteile wurde durch mehrere Merkmale gemeinsam aufgeklärt. Eine experimentelle Teilstudie zeigte, dass eine sprachliche Vereinfachung nicht geeignet scheint, um die Kompetenznachteile von Kindern mit nicht-deutscher Familiensprache substanziell zu verringern. Ein Vergleich der Effekte sprachlicher Merkmale von Mathematikaufgaben auf die Mathematikleistungen von Kindern mit nicht-deutscher Familiensprache zwischen der dritten und der vierten Klassenstufe ergab, dass sich die sprachliche Komplexität der Aufgaben vor allem für jüngere Grundschulkinder unabhängig von ihrer Familiensprache benachteiligend auswirkte. / Large-scale assessment studies have repeatedly documented performance disadvantages of language minority students in German elementary schools. The substantial achievement gap has led to concerns regarding the validity of large-scale assessment items for language minority students. It may be the case that these performance differences are, in part, due to high language demands of the test items. These items may selectively disadvantage language minority students in the testing situation. This dissertation project investigated the connection between the academic language demands of mathematics test items and the test performance of monolingual students and language minority students. First, it was investigated whether the test items were differentially valid for language minority students. Moreover, the connection between the differential validity and the linguistic complexity of the test items was tested. The findings indicated that overall, differential validity of the examined tests for language minority students was low. However, the test items’ language demands were related to differential validity. The largest proportion of item-specific performance disadvantages was explained by confounded combinations of several linguistic features. Additionally, unique effects of descriptive, lexical, and grammatical features were identified. An experimental study showed that linguistic simplification did not seem to be a promising method to substantially reduce the performance differences between language minority students and German monolingual students. A comparison of differential effects of mathematics items’ language demands for language minority students over two adjacent grade levels indicated that the impact of academic language demands seemed to depend on grade level rather than on language minority student status. Regardless of their home language, younger students seemed to struggle more with linguistically complex test items than older students.
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Validitätsaspekte bei der Messung von Schreibkompetenzen

Canz, Thomas 21 October 2015 (has links)
Die Arbeit stellt eine nationale Bildungsstudie zur Erfassung von Schreibkompetenzen vor und untersucht das angewandte Verfahren auf drei ausgewählte Validitätsaspekte. In Studie I wird geprüft, ob es sich bei Schreibkompetenz sowie den Schreibkompetenzdimensionen Inhalt, Stil und sprachliche Richtigkeit um textmusterunabhängige oder textmusterspezifische Konstrukte handelt. Darüber hinaus wird die interne Struktur von Schreibkompetenz betrachtet. Die vorwiegend auf Modellvergleichen basierenden Analysen zeigen, dass es sich bei allgemeinen Schreibkompetenzen sowie bei inhaltlichen und stilistischen Schreibkompetenzen um textmusterspezifische Konstrukte handelt, bei der orthografisch-grammatischen Schreibkompetenz hingegen um ein textmusterunabhängiges Konstrukt. Für alle Textmuster zeigt sich eine zweidimensionale Struktur. In Studie II wird untersucht, inwiefern Lesefähigkeiten bei der Messung von Schreibkompetenzen aufgrund der textuellen Präsentation der Aufgabeninstruktion miterfasst werden. Der Einfluss der Lesekompetenz wird dabei als Zusammenhangsstärke zwischen Lese- und Schreibkompetenz in Abhängigkeit von leseschwierigkeitsquantifizierenden Merkmale via Mehrebenen¬moderatoranalysen geprüft. Es zeigen sich statistisch bedeutsame, aber praktisch kaum relevante Effekte für zwei der Merkmale: syntaktische Komplexität und Seltenheit der Wörter. In Studie III wird untersucht, ob eine von der sprachlichen Richtigkeit unabhängige Beurteilung inhaltlicher und stilistischer Schreibkompetenzen erfolgt oder ob Halo-Effekte zutage treten. In Anschlussanalysen wird geprüft, ob diese Halo-Effekte von Art und Anzahl der Fehler, Textlänge, Textkomplexität und Textmuster abhängen. Es zeigen sich keine Urteilsverzerrungen bei der inhaltlichen, jedoch bei der stilistischen Bewertung. Diese Verzerrungen sind größer bei syntaktisch komplexeren Texten und bei höherer Fehleranzahl, vor allem unter Vorliegen grammatischer Fehler und syntaktisch relevanter Zeichensetzungsfehler. / The dissertation presents a national educational study assessing writing competencies in German. The underlying process of measuring writing competencies is investigated regarding three selected aspects of validity. The first study addresses the question, whether writing competence as well as the writing competence dimensions, i.e. contentual, stylistic and orthographic-grammatic writing competencies are discourse mode dependent or independent constructs. Additionally the internal structure of writing competence is investigated. Analyses, predominantly based on comparison of IRT-models, reveal that general writing competencies as well as the contentual and stylistic dimensions are discourse-mode-specific constructs, whereas the orthographic-grammatic writing competence is discourse mode independent. The second study raises the question to what extent, due to the fact that the writing task instructions are given textually, reading competencies are included when measuring writing. Therefore two-level moderator analyses are computed, modelling the correlation between reading and writing competence dependent on reading difficulty quantifying aspects. Statistically significant but practically hardly relevant effects obtain for two of these aspects: syntactic complexity of the instruction text and (in)frequency of the used words. The third study investigates whether the evaluation of contentual and stylistic writing competencies takes place regardless of orthographic and grammatic features of the underlying texts or whether halo effects occur. Further analyses examine possible rating shifts in dependence of error types, error amount, text length, text complexity and discourse type. The results reveal that stylistic, but not contentual rating shifts occur. These shifts are more pronounced in regard to syntactically more complex texts as well as higher error quantities and arise particularly under the presence of grammatical and syntactically relevant punctuation errors.
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Count on the brain / using EEG oscillations and eye movements to disentangle intelligent problem-solving in math

Dix, Annika 11 January 2016 (has links)
Wir können Mathematikleistungen über fluide Intelligenz (FI) vorhersagen. Der Einfluss von FI auf kognitive Prozesse und neuronale Mechanismen, die mathematischen Fähigkeiten in verschiedenen Teildisziplinen zugrunde liegen, ist jedoch wenig verstanden. Vorliegende Arbeit spezifiziert FI-bezogene Unterschiede in diesen Prozessen und Mechanismen beim Lösen von Geometrie-, Arithmetik- und Algebra-Aufgaben. Mithilfe eines multimethodalen Ansatzes beleuchtet sie das Zusammenspiel zwischen FI, Leistung und Faktoren wie Aufgabenkomplexität, Lernen und Strategiewahl, die kognitive Prozesse und Anforderungen beim Problemlösen beeinflussen. Leistungsunterschiede wurden durch Messung von Reaktionszeiten und Fehlerraten, Strategien durch Augenbewegungsanalyse erfasst. Als Indikator kortikaler Aktivität diente die ereigniskorrelierte (De-)Synchronisation (ERD/ERS) im Alpha-Band. Um kognitive Prozesse zu unterscheiden, haben wir die ERD/ERS im Theta-Band und den Alpha-Unterbändern einbezogen. Beim Lösen unvertrauter geometrischer Analogien zeichnete sich hohe FI durch verstärkte Verarbeitung visuell-räumlicher Informationen zum Repräsentieren von Merkmalszusammenhängen aus. Schüler mit hoher FI passten ihre Strategiewahl den Anforderungen flexibler an. Erstmals konnten wir durch trialweise Identifikation von Strategien FI-bezogene Unterschiede in der neuronalen Effizienz der Strategieausführung feststellen. Beim Lösen vertrauter arithmetischer und algebraischer Terme zeigten sich bei Schülern mit hoher im Vergleich zu Schülern mit durchschnittlicher FI geringere Anforderungen zur Aktualisierung numerischer Repräsentationen und eine bessere Leistung in komplexen Aufgaben. Weitere Analysen legen nahe, dass Schüler mit hoher FI Zusammenhänge in der Aufgabenstruktur besser erkennen und passende Routinen abrufen können. Die Fähigkeit Zusammenhangsrepräsentationen zu bilden könnte demnach ein Schlüsselaspekt zur Erklärung FI-abhängiger Unterschiede in mathematischen Fähigkeiten sein. / Fluid intelligence (FI) is a strong predictor of mathematical performance. However, the impact of FI on cognitive processes and neural mechanisms underlying differences in mathematical abilities across different subdivisions is not well understood. The present work specifies FI-related differences in these processes and mechanisms for students solving geometric, arithmetic, and algebraic problems. We chose a multi-methodological approach to shed light on the interplay between FI, performance, and factors such as task complexity, learning, and strategy selection that influence cognitive processes and task demands in problem-solving. We measured response times and error rates to evaluate performance, eye movements to identify solution strategies, and the event-related (de-)synchronization (ERD/ERS) in the broad alpha band as indicator of general cortical activity. Further, we considered the ERD/ERS in the theta band and the alpha sub-bands to distinguish between associated cognitive processes. For unfamiliar geometric analogy tasks, students with high FI built relational representations based on a more intense processing of spatial information. Strategy analyses revealed a more adaptive strategy choice in response to increasing task demands compared to students with average FI. Further, we conducted the first study identifying strategies and related cortical activity trial-wise and thereby identified FI-related differences in the neural efficiency of strategy execution. For solving familiar arithmetic and algebraic problems, high compared to average FI was associated with lower demands on the updating of numbers leading to a better performance in complex tasks. Further analyses suggest that students with high FI had an advantage to identify the relational structure of the problems and to retrieve routines that match this structure. Thus, the ability to build relational representations might be one key aspect explaining FI-related difference in mathematical abilities.
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Essays zu methodischen Herausforderungen im Large-Scale Assessment

Robitzsch, Alexander 21 January 2016 (has links)
Mit der wachsenden Verbreitung empirischer Schulleistungsleistungen im Large-Scale Assessment gehen eine Reihe methodischer Herausforderungen einher. Die vorliegende Arbeit untersucht, welche Konsequenzen Modellverletzungen in eindimensionalen Item-Response-Modellen (besonders im Rasch-Modell) besitzen. Insbesondere liegt der Fokus auf vier methodischen Herausforderungen von Modellverletzungen. Erstens, implizieren Positions- und Kontexteffekte, dass gegenüber einem eindimensionalen IRT-Modell Itemschwierigkeiten nicht unabhängig von der Position im Testheft und der Zusammenstellung des Testheftes ausgeprägt sind und Schülerfähigkeiten im Verlauf eines Tests variieren können. Zweitens, verursacht die Vorlage von Items innerhalb von Testlets lokale Abhängigkeiten, wobei unklar ist, ob und wie diese in der Skalierung berücksichtigt werden sollen. Drittens, können Itemschwierigkeiten aufgrund verschiedener Lerngelegenheiten zwischen Schulklassen variieren. Viertens, sind insbesondere in low stakes Tests nicht bearbeitete Items vorzufinden. In der Arbeit wird argumentiert, dass trotz Modellverletzungen nicht zwingend von verzerrten Schätzungen von Itemschwierigkeiten, Personenfähigkeiten und Reliabilitäten ausgegangen werden muss. Außerdem wird hervorgehoben, dass man psychometrisch häufig nicht entscheiden kann und entscheiden sollte, welches IRT-Modell vorzuziehen ist. Dies trifft auch auf die Fragestellung zu, wie nicht bearbeitete Items zu bewerten sind. Ausschließlich Validitätsüberlegungen können dafür Hinweise geben. Modellverletzungen in IRT-Modellen lassen sich konzeptuell plausibel in den Ansatz des Domain Samplings (Item Sampling; Generalisierbarkeitstheorie) einordnen. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die statistische Unsicherheit in der Modellierung von Kompetenzen nicht nur von der Stichprobe der Personen, sondern auch von der Stichprobe der Items und der Wahl statistischer Modelle verursacht wird. / Several methodological challenges emerge in large-scale student assessment studies like PISA and TIMSS. Item response models (IRT models) are essential for scaling student abilities within these studies. This thesis investigates the consequences of several model violations in unidimensional IRT models (especially in the Rasch model). In particular, this thesis focuses on the following four methodological challenges of model violations. First, position effects and contextual effects imply (in comparison to unidimensional IRT models) that item difficulties depend on the item position in a test booklet as well as on the composition of a test booklet. Furthermore, student abilities are allowed to vary among test positions. Second, the administration of items within testlets causes local dependencies, but it is unclear whether and how these dependencies should be taken into account for the scaling of student abilities. Third, item difficulties can vary among different school classes due to different opportunities to learn. Fourth, the amount of omitted items is in general non-negligible in low stakes tests. In this thesis it is argued that estimates of item difficulties, student abilities and reliabilities can be unbiased despite model violations. Furthermore, it is argued that the choice of an IRT model cannot and should not be made (solely) from a psychometric perspective. This also holds true for the problem of how to score omitted items. Only validity considerations provide reasons for choosing an adequate scoring procedure. Model violations in IRT models can be conceptually classified within the approach of domain sampling (item sampling; generalizability theory). In this approach, the existence of latent variables need not be posed. It is argued that statistical uncertainty in modelling competencies does not only depend on the sampling of persons, but also on the sampling of items and on the choice of statistical models.
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Psychophysiologische Parameter einer standardisierten Leistungssituation zum Verständnis des Bewältigungsverhaltens psychosomatischer Patientinnen

Gerhardt, Maren 27 April 2004 (has links)
Ergänzend zu bestehenden Verfahren Bewältigungsverhalten zu erfassen, versucht die vorliegende Studie mittels eines mehrdimensionalen Ansatzes neue Wege der psychosomatischen Grundlagenforschung zu eröffnen. Anhand des Biopsychologischen Belastungstests werden erlebens- (Annäherungsmotivation, Meidungsmotivation, Traitangst), verhaltens- und peripherpsychologische (Herzfrequenz, Hautleitwertreaktion) Parameter einer heterogenen Stichprobe aus gesunden Kontrollprobandinnen und psychosomatischen Patientinnen erhoben. Diese Parameter sollen eine Einteilung der Testpersonen in Untergruppen ermöglichen, um die Identifizierung von repressiv, optimistisch und konflikthaft bewältigenden Personen vornehmen zu können. In den Analysen lässt sich die Aufteilung der Untergruppen im hypothetisierten Rahmen allerdings nicht wiederfinden. Es zeigen sich signifikante Unterschiede zwischen den Motivationsebenen der Testpersonen (Annäherungsmotivation/Meidungsmotivation jeweils hoch/niedrig), sowie kontinuierlich signifikante Unterschiede zwischen den gesunden Kontrollprobandinnen und den psychosomatischen Patientinnen. Zusätzlich finden sich enge Parallelen zwischen Traitangst und Meidungsmotivation. / The following study proposes additionally to present methods a new multidimensional approach in psychosomatic research. Experience (approach motivation, avoidance motivation, trait-anxiety), behavioural, and peripher-psychological (heart frequency, skin conductance response) parameters are collected utilizing the Biopsychologischer Belastungstest (BBT). Using these parameters it is intended to separate test persons into clusters allowing the discrimination of coping patterns repression, optimism, and intra-personal approach avoidance conflict. The hypothesized subgroups can not be approved by the results of cluster analysis. However, significant differences between high and low approach respectively avoidance motivated test persons are found. Furthermore, throughout the analysis significant differences between "healthy" control persons and the psychosomatic patients are visible. In addition it can be emphasized that trait-anxiety is closely related to avoidance motivation.
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Analýza činnosti dopravního operátora / An analysis of a transport operator´s job description

HOUZIMOVÁ, Jana January 2008 (has links)
An analysis of a transport operator´s job description My degree work is centred on the problems of a transport operator´s job in a forwarding agency. The introduction provides an explanation of a term of "dispatch service" and explains why logistics is so important in transport. Then there is a description of the transport development after 1990 and the changes transport had to undergo in the time of globalization. The main part of the work deals with the operator´s working procedure from an offer to a demand, an order and other actions to the final realization. A model example is given to represent an actual transporting process. The work also states conditions under which transport is executed, for example payment terms and terms of delivery. Next chapters outline the way of calculation, give a detailed description of collecting service (which is implemented within the bounds of CS Expres system) and of storing problems including the introduction of bar codes in stores and possibilities of logistic service extension. The conclusion is focused on the firm developing strategy.
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Software architecture for capturing clinical information in hadron therapy and the design of an ion beam for radiobiology

Abler, Daniel Jakob Silvester January 2013 (has links)
Hadron Therapy (HT) exploits properties of ion radiation to gain therapeutic advantages over existing photon-based forms of external radiation therapy. However, its relative superiority and cost-effectiveness have not been proven for all clinical situations. Establishing a robust evidence base for the development of best treatment practices is one of the major challenges for the field. This thesis investigates two research infrastructures for building this essential evidence. First, the thesis develops main components of a metadata-driven software architecture for the collection of clinical information and its analysis. This architecture acknowledges the diversity in the domain and supports data interoperability by sharing information models. Their compliance to common metamodels guarantees that primary data and analysis results can be interpreted outside of the immediate production context. This is a fundamental necessity for all aspects of the evidence creation process. A metamodel of data capture forms is developed with unique properties to support data collection and documentation in this architecture. The architecture's potential to support complex analysis processes is demonstrated with the help of a novel metamodel for Markov model based simulations, as used for the synthesis of evidence in health-economic assessments. The application of both metamodels is illustrated on the example of HT. Since the biological effect of particle radiation is a major source of uncertainty in HT, in its second part, this thesis undertakes first investigations towards a new research facility for bio-medical experiments with ion beams. It examines the feasibility of upgrading LEIR, an existing accelerator at the European Organisation for Nuclear Research (CERN), with a new slow extraction and investigates transport of the extracted beam to future experiments. Possible configurations for the slow-resonant extraction process are identified, and designs for horizontal and vertical beam transport lines developed. The results of these studies indicate future research directions towards a new ion beam facility for biomedical research.
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Non-equilibrium strongly-correlated dynamics

Johnson, Tomi Harry January 2013 (has links)
We study non-equilibrium and strongly-correlated dynamics in two contexts. We begin by analysing quantum many-body systems out of equilibrium through the lens of cold atomic impurities in Bose gases. Such highly-imbalanced mixtures provide a controlled arena for the study of interactions, dissipation, decoherence and transport in a many-body quantum environment. Specifically we investigate the oscillatory dynamics of a trapped and initially highly-localised impurity interacting with a weakly-interacting trapped quasi low-dimensional Bose gas. This relates to and goes beyond a recent experiment by the Inguscio group in Florence. We witness a delicate interplay between the self-trapping of the impurity and the inhomogeneity of the Bose gas, and describe the dissipation of the energy of the impurity through phononic excitations of the Bose gas. We then study the transport of a driven, periodically-trapped impurity through a quasi one-dimensional Bose gas. We show that placing the weakly-interacting Bose gas in a separate periodic potential leads to a phononic excitation spectrum that closely mimics those in solid state systems. As a result we show that the impurity-Bose gas system exhibits phonon-induced resonances in the impurity current that were predicted to occur in solids decades ago but never clearly observed. Following this, allowing the bosons to interact strongly, we predict the effect of different strongly-correlated phases of the Bose gas on the motion of the impurity. We show that, by observing the impurity, properties of the excitation spectrum of the Bose gas, e.g., gap and bandwidth, may be inferred along with the filling of the bosonic lattice. In other words the impurity acts as a probe of its environment. To describe the dynamics of such a strongly-correlated system we use the powerful and near-exact time-evolving block decimation (TEBD) method, which we describe in detail. The second part of this thesis then analyses, for the first time, the performance of this method when applied to simulate non-equilibrium classical stochastic processes. We study its efficacy for a well-understood model of transport, the totally-asymmetric exclusion process, and find it to be accurate. Next, motivated by the inefficiency of sampling-based numerical methods for high variance observables we adapt and apply TEBD to simulate a path-dependent observable whose variance increases exponentially with system size. Specifically we calculate the expected value of the exponential of the work done by a varying magnetic field on a one-dimensional Ising model undergoing Glauber dynamics. We confirm using Jarzynski's equality that the TEBD method remains accurate and efficient. Therefore TEBD and related methods complement and challenge the usual Monte Carlo-based simulators of non-equilibrium stochastic processes.
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Methods, rules and limits of successful self-assembly

Williamson, Alexander James January 2011 (has links)
The self-assembly of structured particles into monodisperse clusters is a challenge on the nano-, micro- and even macro-scale. While biological systems are able to self-assemble with comparative ease, many aspects of this self-assembly are not fully understood. In this thesis, we look at the strategies and rules that can be applied to encourage the formation of monodisperse clusters. Though much of the inspiration is biological in nature, the simulations use a simple minimal patchy particle model and are thus applicable to a wide range of systems. The topics that this thesis addresses include: Encapsulation: We show how clusters can be used to encapsulate objects and demonstrate that such `templates' can be used to control the assembly mechanisms and enhance the formation of more complex objects. Hierarchical self-assembly: We investigate the use of hierarchical mechanisms in enhancing the formation of clusters. We find that, while we are able to extend the ranges where we see successful assembly by using a hierarchical assembly pathway, it does not straightforwardly provide a route to enhance the complexity of structures that can be formed. Pore formation: We use our simple model to investigate a particular biological example, namely the self-assembly and formation of heptameric alpha-haemolysin pores, and show that pore insertion is key to rationalising experimental results on this system. Phase re-entrance: We look at the computation of equilibrium phase diagrams for self-assembling systems, particularly focusing on the possible presence of an unusual liquid-vapour phase re-entrance that has been suggested by dynamical simulations, using a variety of techniques.

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