Licentiatavhandling (sammanfattning) Stockholm : Kungliga Tekniska högskolan, 2009. / Härtill 3 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Univ., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

<p>Mechanical properties of solids are governed by crystal imperfections. Computational materials science is largely concerned with the modelling of such defects, e.g. their formation, migration, and interaction energies. Atomistic simulations of systems containing lattice defects are inherently difficult because of the generally complicated geometrical structure of the defects, the need for large simulation cells, etc.</p><p>In this thesis, the role of lattice defects in the mechanism behind homogeneous melting is demonstrated. Also, a generic calculational scheme for studying atomic vibrations close to extended defects (applied to a dislocation) has been considered. Furthermore, heat capacities in the solid and liquid phases of aluminium have been calculated, as well as various thermophysical defect properties.</p><p>The work was carried out using classical atomistic simulations, mainly molecular dynamics, of aluminium and copper. The interatomic forces were modelled with effective interactions of the embedded-atom type.</p><p>The main results of this thesis are the following:</p><p>• The thermal fluctuation initiating melting is an aggregate typically with 6-7 interstitials and 3-4 vacancies.</p><p>• In the initial stage of melting, no signs of a shear modulus melting mechanism, or the presence of line-like defects (dislocations), can be seen.</p><p>• The typical time interval from when melting initiates to the time at which the liquid phase is fully developed is of the order of 1000τ, where the period τ corresponds to the maximum vibrational frequency in the solid.</p><p>• The solid-liquid boundary advances at a pace comparable to that of thermal transport by vibrating atoms in the crystal at high temperatures.</p><p>• The seemingly small anharmonic effect in the heat capacity of aluminium is caused by a partial cancellation of the low-order term linear in the temperature and anharmonic terms of higher order in the temperature.</p><p>• The core region of an edge dislocation in face-centred cubic aluminium has compressed and expanded regions. The excess volume associated with the dislocation core is small, about 6 percent of the atomic volume, as a result of a partial cancellation between the volume changes of the compressed and expanded regions.</p><p>• The compressed and expanded regions of the edge dislocation core give negative and positive contributions, respectively, to the excess vibrational entropy. The overall effect is a positive vibrational excess entropy of the dislocation core which is about 2<i>k</i>B per atomic repeat length along the dislocation core.</p><p>• The atomic vibrations near the dislocation core are modelled by considering an atomic cluster with about 500-1000 atoms containing the core of dislocation, embedded in a large discrete, but relaxed, lattice of about 23 000 atoms. An atomic region that is four atomic layers thick and about 18 atomic diameters long in the direction parallel to the Burgers vector, accounts for most of the excess entropy.</p><p>• The constant-pressure heat capacity of aluminium shows a minimum as a function of temperature in the liquid phase. </p>

This thesis presents results in two different neighboring areas of research: the magnetic properties of thin ferrite films and the application of the films in two-dimensional photonic crystals. In the first part, we investigate the accuracy of the customary method for determining the magnetic anisotropy constants of ferrite films by ferromagnetic resonance (FMR) experiment. We have improved the method and introduced an experimental procedure to obtain the anisotropy constants with higher precision. The magnetic anisotropy fields are obtained by using FMR on a (111)-oriented yttrium iron garnet (YIG) film made by pulsed laser deposition. Moreover, we found experimentally that the shapes of FMR spectra of laser deposited epitaxial YIG films strongly depend on the orientation of the magnetic bias field with respect to the crystalline axes of the film. Inhomogeneities of the constants of anisotropy throughout the film could be responsible for the complexity of the FMR spectra. We find the special directions of the applied magnetic field in which the contribution of the magnetocrystalline anisotropy has the smallest effect on the ferromagnetic resonance and therefore on the elements of the permeability tensor. In the second part, we study the electromagnetic wave propagation in two-dimensional (2D) dielectric and magneto-optic photonic crystals (PCs). We have proposed a 2D PC which is composed of magneto-optic material for the purpose of the enhancement of Faraday rotation in high transmission. It is assumed that the 2D PC contains a bismuth iron garnet (BIG) film either as the PC background medium or as a defect, embedded in the 2D PC. We have examined theoretically and computationally the increase in the Faraday rotation as well as the transmission of a plane-polarized plane wave incident onto these structures in the optical wavelength regime. Several important phenomena, with potential applications, are observed.

<p>Arbetet gjordes för att ta reda på vad forskningen säger om laborationernas roll i fysikundervisningen. Detta gjordes genom att jag läste flera olika forskningsrapporter, bland annat från en stor undersökning inom EU där ett försök gjordes att undersöka måluppfyllelsen i dagens fysikundervisning. Forskarna tog först reda på vilka mål lärare har med sin undervisning, och sedan togs reda på i vilken utsträckning olika typer av undervisning hjälper eleverna att nå dessa mål.</p><p>Resultaten visar att det bästa sättet att nå de fem huvudmålen (Länka teori och praktik, lära sig att utföra experiment, lära sig vetenskapliga metoder, öka motivationen och undersöka elevernas kunskaper) är en blandning av undervisningsmetoder, där laborativa moment är en viktig del. Min egen undersökning visade på samma resultat. För att få eleverna att förändra sina alternativa begrepp, så att de stämmer bättre överens med de vetenskapliga, krävs något mer än en öppen laboration.</p><p>Variation verkar vara nyckeln till god måluppfyllelse.</p>

<p>Den här uppsatsen är en didaktisk uppsats i fysik som beskriver ett projekt där syftet var att undersöka om det är den moderna tekniken eller pedagogiken som är orsaken till MBL-laborationers effektivitet. Förkortningen MBL står för Microcomputer Based Laboratory. Projektet genomfördes i en klass på naturvetenskapliga programmet vid en gymnasieskola i Arvika.</p><p>Eleverna fick utföra en MBL – laboration som handlade om impuls och rörelsemängd. Halva gruppen fick utförliga instruktioner med stödfrågor enligt MBL-pedagogik och den andra gruppen fick en instruktion av formelverifikations typ och använde MBL – utrustningen endast som tekniskt hjälpmedel.</p><p>Utvärderingen av projektet bestod av att eleverna fick besvara en enkät med frågor om rörelsemängd och impuls före och efter laborationen. Elevernas resultat på testfrågorna visade att den gruppen som fick MBL – pedagogik förbättrade sina resultat efter laborationen i större utsträckning än den gruppen som endast använde MBL-tekniken. Slutsats från projektet är att pedagogiken har stor betydelse för elevernas lärande.</p>

Jag har fått den uppfattningen att läromedel används ofta. För att använda detta medel på ett bra sätt, borde de därför vara välgjorda utifrån många faktorer. Jag vill se hur innehållet i de läromedel som idag används på skolor runt omkring motsvarar de mål som kursplanen för fysik i grundskolan har. Frågeställningarna är följande: - På vilket sätt behandlar läromedlen i fysik mål som finns i kursplanen för fysik i grundskolan? - Hur uppfattar fysiklärare de läromedel de använder sig av? - Hur använder fysiklärare läromedlen i sin undervisning? Genom en textanalys har jag jämfört läromedlens innehåll med de mål som finns i grundskolans kursplan för fysik under rubriken Mål som eleverna skall ha uppnått i slutet av det nionde skolåret, beträffande natur och människa. Det som min undersökning visar är att, med bara några få undantag, alla läromedel lyckas med detta. Inte bara jag tycker att läromedlen i stort uppfyller de mål som finns i kursplanen i fysik, utan även de tillfrågade lärarna som svarade på min enkätundersökning. Överlag gav de en bild av att de finner läromedlen i stor utsträckning som användbara. För min egen del vill jag även kunna se hur läromedlen kan användas på ett bra sätt när jag ska undervisa i ämnet fysik. Genom lärarenkäten har jag fått svar på hur lärare använder läromedlen på olika sätt. Något som jag kan ta till mig när jag undervisar i ämnet fysik.

Mechanical properties of solids are governed by crystal imperfections. Computational materials science is largely concerned with the modelling of such defects, e.g. their formation, migration, and interaction energies. Atomistic simulations of systems containing lattice defects are inherently difficult because of the generally complicated geometrical structure of the defects, the need for large simulation cells, etc. In this thesis, the role of lattice defects in the mechanism behind homogeneous melting is demonstrated. Also, a generic calculational scheme for studying atomic vibrations close to extended defects (applied to a dislocation) has been considered. Furthermore, heat capacities in the solid and liquid phases of aluminium have been calculated, as well as various thermophysical defect properties. The work was carried out using classical atomistic simulations, mainly molecular dynamics, of aluminium and copper. The interatomic forces were modelled with effective interactions of the embedded-atom type. The main results of this thesis are the following: • The thermal fluctuation initiating melting is an aggregate typically with 6-7 interstitials and 3-4 vacancies. • In the initial stage of melting, no signs of a shear modulus melting mechanism, or the presence of line-like defects (dislocations), can be seen. • The typical time interval from when melting initiates to the time at which the liquid phase is fully developed is of the order of 1000τ, where the period τ corresponds to the maximum vibrational frequency in the solid. • The solid-liquid boundary advances at a pace comparable to that of thermal transport by vibrating atoms in the crystal at high temperatures. • The seemingly small anharmonic effect in the heat capacity of aluminium is caused by a partial cancellation of the low-order term linear in the temperature and anharmonic terms of higher order in the temperature. • The core region of an edge dislocation in face-centred cubic aluminium has compressed and expanded regions. The excess volume associated with the dislocation core is small, about 6 percent of the atomic volume, as a result of a partial cancellation between the volume changes of the compressed and expanded regions. • The compressed and expanded regions of the edge dislocation core give negative and positive contributions, respectively, to the excess vibrational entropy. The overall effect is a positive vibrational excess entropy of the dislocation core which is about 2kB per atomic repeat length along the dislocation core. • The atomic vibrations near the dislocation core are modelled by considering an atomic cluster with about 500-1000 atoms containing the core of dislocation, embedded in a large discrete, but relaxed, lattice of about 23 000 atoms. An atomic region that is four atomic layers thick and about 18 atomic diameters long in the direction parallel to the Burgers vector, accounts for most of the excess entropy. • The constant-pressure heat capacity of aluminium shows a minimum as a function of temperature in the liquid phase. / QC 20101013

Den här uppsatsen är en didaktisk uppsats i fysik som beskriver ett projekt där syftet var att undersöka om det är den moderna tekniken eller pedagogiken som är orsaken till MBL-laborationers effektivitet. Förkortningen MBL står för Microcomputer Based Laboratory. Projektet genomfördes i en klass på naturvetenskapliga programmet vid en gymnasieskola i Arvika. Eleverna fick utföra en MBL – laboration som handlade om impuls och rörelsemängd. Halva gruppen fick utförliga instruktioner med stödfrågor enligt MBL-pedagogik och den andra gruppen fick en instruktion av formelverifikations typ och använde MBL – utrustningen endast som tekniskt hjälpmedel. Utvärderingen av projektet bestod av att eleverna fick besvara en enkät med frågor om rörelsemängd och impuls före och efter laborationen. Elevernas resultat på testfrågorna visade att den gruppen som fick MBL – pedagogik förbättrade sina resultat efter laborationen i större utsträckning än den gruppen som endast använde MBL-tekniken. Slutsats från projektet är att pedagogiken har stor betydelse för elevernas lärande.

Arbetet gjordes för att ta reda på vad forskningen säger om laborationernas roll i fysikundervisningen. Detta gjordes genom att jag läste flera olika forskningsrapporter, bland annat från en stor undersökning inom EU där ett försök gjordes att undersöka måluppfyllelsen i dagens fysikundervisning. Forskarna tog först reda på vilka mål lärare har med sin undervisning, och sedan togs reda på i vilken utsträckning olika typer av undervisning hjälper eleverna att nå dessa mål. Resultaten visar att det bästa sättet att nå de fem huvudmålen (Länka teori och praktik, lära sig att utföra experiment, lära sig vetenskapliga metoder, öka motivationen och undersöka elevernas kunskaper) är en blandning av undervisningsmetoder, där laborativa moment är en viktig del. Min egen undersökning visade på samma resultat. För att få eleverna att förändra sina alternativa begrepp, så att de stämmer bättre överens med de vetenskapliga, krävs något mer än en öppen laboration. Variation verkar vara nyckeln till god måluppfyllelse.