Walter Kohn Kimdir?

Walter Kohn, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi’nin (DFT) temellerini geliştiren ve 1998 Nobel Kimya Ödülü’nü kazanan Avusturya doğumlu Amerikalı fizikçidir.

Walter Kohn kimdir? Modern fizik, kimya ve malzeme biliminin gelişmesinde önemli rol oynayan bilim insanlarından biridir. Kohn’un en büyük başarısı, atom ve moleküllerde bulunan çok sayıda elektronun davranışını hesaplamayı kolaylaştıran Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) üzerine yaptığı çalışmalardır.

Bugün bilgisayarlarla yeni malzemelerin özelliklerinin araştırılmasından kimyasal bağların incelenmesine kadar pek çok alanda kullanılan DFT’nin temelinde Walter Kohn’un çalışmaları bulunmaktadır.

Walter Kohn’un Hayatı

Walter Kohn, 9 Mart 1923 tarihinde Viyana’da doğdu. Çocukluğu Avusturya’da geçti. Ancak 1938 yılında Nazi Almanyası’nın Avusturya’yı ilhak etmesi, Kohn ve ailesinin hayatını tamamen değiştirdi.

Yahudi olduğu için eğitim gördüğü okuldan ayrılmak zorunda kaldı. Ailesi, Walter ile ablasının ülkeden çıkabilmesini sağlamak amacıyla onları Kindertransport programıyla İngiltere’ye gönderdi.

Kohn henüz 16 yaşındayken ailesinden ayrıldı. Anne ve babası ise Holokost sırasında hayatını kaybetti.

İkinci Dünya Savaşı başladıktan sonra Kohn önce İngiltere’de gözaltında tutuldu, ardından Kanada’ya gönderildi. Burada eğitimine devam etme fırsatı bulması, hayatının yönünü değiştirdi.

Toronto’dan Harvard’a Uzanan Eğitim Hayatı

Walter Kohn, University of Toronto’da fizik ve matematik alanlarına yöneldi. 1945 yılında uygulamalı matematik lisansını, 1946 yılında ise yüksek lisansını tamamladı.

Ardından Harvard Üniversitesi’ne geçti ve ünlü fizikçi Julian Schwinger ile çalıştı. 1948 yılında fizik doktorasını tamamladı.

Doktora sonrasında akademik kariyerine devam eden Kohn; Carnegie Institute of Technology, Bell Laboratuvarları ve University of California, San Diego gibi önemli bilim merkezlerinde çalışmalar yaptı.

Özellikle katı maddelerin ve yarıiletkenlerin elektronik yapıları üzerine yaptığı araştırmalar, onu daha sonra Nobel Ödülü’ne götürecek çalışmaların temelini oluşturdu.

Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) Nedir?

Walter Kohn’un neden bu kadar önemli olduğunu anlamak için önce temel problemi bilmek gerekiyor.

Bir atomda veya molekülde çok sayıda elektron bulunduğunda, bütün elektronların birbirleriyle olan etkileşimlerini tek tek hesaplamak son derece zor hale gelir.

Kohn ise probleme farklı bir açıdan yaklaştı.

Elektronların her birini ayrı ayrı takip etmek yerine, elektronların uzaydaki yoğunluğuna bakarak sistemin özelliklerini hesaplamak mümkün olabilir miydi?

Bu düşünce modern hesaplamalı fiziğin ve kimyanın önemli yöntemlerinden birinin doğmasını sağladı.

Hohenberg-Kohn Teoremleri

Walter Kohn, 1963 yılında Paris’te bulunduğu sırada fizikçi Pierre Hohenberg ile çalışmaya başladı.

İkilinin 1964 yılında yayımladığı çalışma, daha sonra Hohenberg-Kohn teoremleri olarak tanındı.

Bu çalışma basitçe şunu gösteriyordu: Bir sistemin temel durumdaki elektronik özelliklerini belirlemek için elektron yoğunluğu temel değişken olarak kullanılabilirdi.

Bu fikir, çok elektronlu sistemlerin hesaplanmasına tamamen farklı bir bakış açısı getirdi ve Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi’nin matematiksel temelini oluşturdu.

Kohn-Sham Denklemleri

Teorinin gerçek hesaplamalarda kullanılabilmesi için bir adım daha gerekiyordu.

Walter Kohn bu kez fizikçi Lu Jeu Sham ile çalıştı. İkilinin 1965 yılında yayımladığı çalışma sonucunda geliştirilen Kohn-Sham denklemleri, DFT’nin bilgisayar hesaplamalarında kullanılmasını çok daha uygulanabilir hale getirdi.

Bunun sonucunda DFT yalnızca teorik fizikçilerin ilgilendiği bir fikir olmaktan çıktı.

Günümüzde bu yöntem; kimya, katıhal fiziği, malzeme bilimi ve nanoteknoloji gibi birçok alanda elektronik yapı hesaplamalarında kullanılan temel yöntemlerden biridir.

1998 Nobel Kimya Ödülü

Walter Kohn’un yıllar önce geliştirdiği yaklaşımın bilim dünyasındaki etkisi giderek büyüdü.

1998 yılında Walter Kohn, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi’nin geliştirilmesine yaptığı katkılar nedeniyle Nobel Kimya Ödülü’nün yarısına layık görüldü.

Ödülün diğer yarısı ise hesaplamalı kuantum kimyasında geliştirdiği yöntemlerle tanınan John Pople’a verildi.

Walter Kohn’un aslında bir fizikçi olması, buna rağmen Nobel Kimya Ödülü kazanması çalışmalarının farklı bilim dalları üzerindeki etkisini de gösteriyordu.

Walter Kohn Neden Önemli?

Walter Kohn’un bilime yaptığı katkıyı tek cümleyle anlatmak gerekirse, çok sayıda elektron içeren sistemleri hesaplamayı daha uygulanabilir hale getiren teorik temelleri oluşturdu diyebiliriz.

Bugün bilim insanları bilgisayar ortamında bir malzemenin elektronik özelliklerini araştırırken veya atomların bir molekül içerisinde nasıl davrandığını incelerken DFT yöntemlerinden yararlanabiliyor.

Kohn’un yaklaşık 60 yıl önce geliştirilmesine öncülük ettiği yaklaşım, günümüzde hesaplamalı fizik, kimya ve malzeme biliminde kullanılan en önemli yöntemlerden biri olmaya devam etmektedir.

Walter Kohn, 19 Nisan 2016 tarihinde Santa Barbara’da 93 yaşında hayatını kaybetti.