Walter Kohn, Prof. Dr.

9.3.1923 – 19.4.2016
geb. in Wien gest. in Santa Barbara

Nobelpreisträger für Chemie (1998)

Ehrungen

Ehrung Titel Datierung Fakultät
Ehrendoktorat Dr. phil. h.c. 2012/13 Fakultät für Physik

Walter Kohn wurde am 9. März 1923 in Wien geboren. Sein Vater betrieb den Postkartenverlag „Brüder Kohn“ in der Teinfaltstraße in Wien. Walter Kohn besuchte das Akademische Gymnasium am Beethovenplatz, bis er nach dem „Anschluss“ Österreichs 1938 wie alle Schüler jüdischer Abstammung ausgeschlossen und in das Chajes Gymnasium umgeschult wurde. Walter Kohn konnte 1939 mit dem letzten Kindertransport nach England flüchten, seine Eltern wurden nach Theresienstadt deportiert und später in Auschwitz ermordet. Er wurde in England als „feindlicher Ausländer“ interniert und 1940 nach Kanada gebracht, wo er schließlich 1942 freigelassen wurde. Er nahm ein Studium der Mathematik und Physik an der Universität Toronto auf, unterbrach es 1944 für ein Jahr als Freiwilliger Dienst im Canadian Infantry Corps und erhielt 1945 den akademischen Grad eines B.A. der University of Toronto, ein Jahr später den M.A. in Applied Mathematics. Er erhielt ein Stipendium und promovierte 1948 an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, wo er anschließend als Instructor arbeitete.

1950 wurde Walter Kohn als Assistant Professor of Physics an das Carnegie Institute of Technology in Pittsburgh, Pennsylvania, berufen und erhielt hier eine Professur, die er bis 1960 innehatte. Daneben arbeitete er seit 1953 als Berater für diverse Unternehmen. 1960 übernahm er eine Professur für Physik an der neu­gegründeten University of California, San Diego, wo er zwischen 1961 und 1963 auch das Depart­ment of Physics leitete. 1979 wechselte er an die University of California, Santa Barbara, wo er Grün­dungs­direktor des Institute of Theoretical Physics wurde, bis er 1984 hier eine Professur für Physik übernahm. 1991 wurde er emeritiert. Von 1986 bis 1996 war Kohn Mitglied des Aufsichtsrates der Tel Aviv University.

Derzeit ist Walter Kohn Professor Emeritus and Research Professor an der University of California, Santa Barbara. Seit 1996 ist er außerdem Mitglied des Aufsichtsrates des Weizmann Institute. Kohn ist Mitglied zahlreicher wissenschaftlicher Vereinigungen, darunter der American Academy of Arts and Sciences und der National Academy of Sciences, seit 2011 auch Ehrenmitglied der Österreichischen Akademie der Wissen­schaften, und Träger zahlreicher wissenschaftlicher Auszeichnungen, etwa der National Medal of Science (1988), des Nobelpreises für Chemie (1998), des Österreichischen Ehrenzeichens für Wissenschaft und Kunst (1999) sowie des Großen Silbernen Ehrenzeichens mit dem Stern für Verdienste um die Republik Österreich (2009). Er erhielt das Ehrendoktorat von 16 verschiedenen Universitäten weltweit, darunter jenes der Technischen Universität Wien (1996).

Wissenschaftliche Leistungen

Walter Kohn zählt zu den herausragendsten Physikern. Er lieferte maßgebliche Beiträge zur theoretischen Festkörperphysik, mehrere Methoden und Theorien aus diesem Bereich sind nach ihm benannt. Kohn hat bisher mehr als 200 einschlägige Arbeiten publiziert. So erarbeitete er etwa 1954 gemeinsam mit Norman Rostoker die Grundlage der sogenannten Korringa-Kohn-Rostoker-Methode zur Berechnung der elektronischen Bandstruktur von Festkörpern (bes. un­geordneter Legierungen). Diese Methode zieht die Theorie der Vielfachstreuung zur Lösung der Schrödinger-Gleichung heran. In den darauffolgenden Jahren arbeitete er in den Bell Labs mit Joaquin Mazdak Luttinger zusammen über Halbleiterphysik, gemeinsam entwickelten sie etwa das Luttinger-Kohn-Modell der Halbleiter-Band­struktur.

Als theoretischer Physiker erhielt Walter Kohn 1998 den Nobelpreis in Chemie für seine Neufor­mu­lierung der Elektronentheorie der Materie, der sogenannten Dichtefunktionaltheorie, die auch in der Chemie breite Anwendung findet, da sie es nicht nur ermöglicht, vorherzusagen, wie sich Elektronen in einer Flüssigkeit, sondern auch in einem Molekül verhalten werden. Erste Arbeiten zur Dichtefunktional­theorie entstanden gemeinsam mit Pierre Hohenberg während eines Forschungsaufenthaltes in Paris. Kohn und Hohenberg konnten zeigen, dass der Grundzustand eines Systems wechselwirkender Elek­tronen durch seine Elektronendichte eindeutig bestimmt ist. Dieses Hohenberg-Kohn-Theorem ist Grund­lage der Dichtefunktionaltheorie, die die Elektronendichte im Grundzustand bestimmt. Daraus können im Prinzip alle weiteren Eigenschaften, also „Funktionale“ des Grundzustandes bestimmt werden. Im Gegensatz zur bereits bekannten Schrödingertheorie, die nur für die Berechnung kleiner Moleküle angewandt werden kann, kann mithilfe der Dichtefunktionaltheorie die Dichte­verteilung der Elektronen für große Moleküle oder Festkörper berechnet werden.

Aus dem Hohenberg-Kohn-Theorem leitete Walter Kohn wenig später in San Diego zusammen mit Lu J. Sham die sogenannten Kohn-Sham-Gleichungen ab. Diese Gleichungen erlauben die Reduktion eines Vielteilchen-Problems (d.h. die Notwendigkeit der Be­schreibung der Eigenschaften von allen wechselwirkenden Elektronen, um den gesamten Festkörper zu beschreiben) auf ein effektives Einteilchenproblem (Einelektronen-Schrödingergleichungen), also die Bewegung eines Elektrons in dem mittleren Feld aller anderen Elektronen. Auf die Berechnung der kinetischen Energie als Funktional der Dichte wird nun also bewusst verzichtet, stattdessen wird diese für ein nichtwechselwirkendes Modellsystern exakt (eben nicht als Dichtefunktional) berechnet. Streng ge­nommen sind die Kohn-Sham-Funktionen reine Rechengrößen und haben für sich alleine keine physikalische Bedeutung. In der Praxis können sie jedoch oft als Annäherung für tatsächliche Elektronen­zustände herangezogen werden.

Die Dichtefunktionaltheorie gilt heute als eine Standardmethode für wichtige computerunterstützte Be­rechnungsverfahren im Bereich der Computational Physics and Chemistry. Sie kann für die Berechnung von Festkörpern wie von atomarer und molekularer Strukturen herangezogen werden, um die aufwendigen Rechnungen ökonomischer zu gestalten. Kohn selbst legte u.a. Arbeiten zur Anwendung auf Supraleiter vor. Heute widmet sich Kohn vor allem den Verallgemeinerungen seiner Theorie.

Eine 2004 veröffentlichte Studie von Sidney Redner, die der Frage nachging, welche Veröffentlichungen im Bereich der Physik den größten Einfluss auf die Fachwelt hatten und haben, erarbeitete eine statis­tische Analyse aller Zitationen in der Fachzeitschrift Physical Review (Physical Review, die thematischen Journale Physical Review A–E, Physical Review Letters, Reviews of Modern Physics) im Zeitraum 1893 bis 2003. Basierend aus dem „Citation impact“ erstellte Redner ein Ranking der Top 100 der meistzitierten Papers im Fachbereich Physik. Von den insgesamt über 350.000 erfassten Artikeln brachten es demnach 11 auf eine Anzahl von mehr als 1000 Zitationen. Walter Kohn ist der Autor von 5 der Top 100-Papers. Die beiden zuletzt genannten Beiträge zur Dichtefunktionaltheorie, die er 1965 bzw. 1965 gemeinsam mit Lu J. Sham (3227 Zitate, Durchschnittsalter des Artikels bei Zitation: 26,7 Jahre) und Pierre Hohenberg (2460 Zitate, Durchschnittsalter: 28,7 Jahre) verfasste, sind in dem Ranking als die beiden meistzitierten Physical Review-Beiträge aller Zeiten angeführt, ihr hohes Durchschnittsalter ver­weist darüber hinaus auf eine hohe Langzeitwirkung des Papers. Die Zitationen des Kohn-Sham-Papers nahmen über einen Zeitraum von 40 Jahren stetig zu, weshalb sie auch unter den Top 5 der „Hot papers“ gerankt sind. Weitere Beiträge Kohns finden sich auf Platz 24, 96 und 100 des Rankings – damit gehört Kohn dieser Studie nach zu den einflussreichsten Physikern.
Auch David Mermin konnte anhand einer Zitationsanalyse des Hohenberg-Kohn Artikels nachweisen, dass die Zitate stetig zunahmen (1965–1974: 0–2 Zitate jährlich, 1975–1980: 3–7 Zitate jährlich, 1981–1993: 12–23 Zitate jährlich, 1994–2002: 28–40 Zitate jährlich).
Eine weitere Zitationsanalyse, die neben den vollständigen „formal citations“ auch die Anzahl der „informal citations“ (nur Namen der Autoren bzw. Initialen bzw. Name der Theorie o.ä.) zwischen 1900 und 2005 gegenüberstellt, kommt zu einem ähnlichen Ergebnis:

„The original DFT paper by Kohn and Sham […] has been cited almost 12,000 times until present and is thereby one of the most-cited articles in either chemistry or physics. In contrast to the usual citation time pattern, this paper has not yet reached its peak but has continued to increase its impact monotonically with time. Nevertheless, since the year 1993 the informal citations outrun the formal citations exceeding about 7000 citations in the year 2005 […]. The overall number of informal citations in the CAS file within the time period 1965 till 2005 is around 40,000 “ [Werner Marx, Manuel Cardona, The citation impact outside references – formal versus informal citations. http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0701/0701135.pdf]

Auch John P. Perdew bezeichnet das Paper von Kohn/Sham als „one of the most-cited physics papers in history, with over 17,000 citations”, wobei er hinzufügt, dass eigentlich jeder nachfolgende Beitrag zur Dichtefunktionaltheorie die Beiträge der Pioniere in diesem Subfeld „implizit“ zitiert, und eine Studie zur den meistzitierten Physikern und Papers aus Physik der letzten 30 Jahre, beruhend auf den Angaben des Web of Science an der Tulane University, dahingehend verfälscht ist.

Verhältnis zu Österreich und Wien

Zu Österreich pflegte Prof. Walter Kohn ein zwiespältiges Verhältnis: Als Kind aus Wien vertrieben, seine Eltern während des Nationalsozialismus interniert und in Auschwitz ermordet, nahm er besonders nach der Nobel­preisverleihung 1998 kritisch Stellung, als er von einigen Medien als „österreichischer Nobel­preis­träger“ bezeichnet wurde, und setzte sich dabei wiederholt mit dem Umgang Österreichs mit dem Nationalsozialismus auseinander:

„In terms of my identity, I see myself as an American, a world citizen, a Jew, and a former Austrian. Ob­viously, any characterization that is limited to describing me as an Austrian, is totally at variance with my own sense of self.
I lived in Austria until the age of sixteen and I have some wonderful memories and many things that I am grateful for. For example, I feel that I got an excellent education at the Akademisches Gymnasium in Vienna. The fact of the matter is, however, that the Austrian authorities expelled me from that school in a devastat­ing way. I then had an opportunity to continue in a Jewish school. We just commemorated Kristallnacht. In the original Kristallnacht, a friend and I just stepped out of this Jewish school and this was reason enough for us to be taken by a seemingly very friendly Austrian policeman to a police station and to be held there for many hours, terrified. I came home and found our apartment absolutely vandalized by a group of hooligans, including the person who had taken over my father’s business. I managed to get out of Austria on a Kinder­transport to England three weeks before the war broke out. I left without my parents, who I know went via Theresienstadt to their death in Auschwitz. There were people in England, in Canada, in the U.S. who in­stead of trying to eliminate me, really supported me. With all that in my mind, when people say ‘Hooray for an Austrian Nobel Laureate,’ I have problems.” [Karin Hanta, From Exile to Excellence. Interview mit Walter Kohn. In: Austria Culture 9/1 (January/February 1999), http://www.auslandsdienst.at/press/archive/austriaculture_1999.html]

Am 4. Dezember 2012 verlieh ihm die Universität Wien das Ehrendoktorat.

Katharina Kniefacz
Ja