Chemistry 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Chemistry
标  题: Walter Kohn自传(ZZ)
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Nov  5 21:03:02 2003), 站内信件

I suppose I am not the first Nobelist who, on the occasion of receiving this

Prize, wonders how on earth, by what strange alchemy of family background,
teachers, friends, talents and especially accidents of history and of
personal life he or she arrived at this point. I have browsed in previous
volumes of "Les Prix Nobel" and I know that there are others whose eventual
destinies were foreshadowed early in their lives ?mathematical precocity,
champion bird watching, insatiable reading, mechanical genius. Not in my
case, at least not before my late teens. On the contrary: An early photo of
my older sister and myself, taken at a children's costume party in Vienna ?
I look about 7 years old ?shows me dressed up in a dark suit and a black
top hat, toy glasses pushed down my nose, and carrying a large sign under
my arm with the inscription "Professor Know-Nothing".
Here then is my attempt to convey to the reader how, at age 75, I see my
life which brought me to the present point: a long-retired professor of
theoretical physics at the University of California, still loving and doing
physics, including chemical physics, mostly together with young people less
than half my age; moderately involved in the life of my community of Santa
Barbara and in broader political and social issues; with unremarkable
hobbies such as listening to classical music, reading (including French
literature), walking with my wife Mara or alone, a little cooking
(unjustifiably proud of my ratatouille); and a weekly half hour of relaxed
roller blading along the shore, a throwback to the ice-skating of my
Viennese childhood. My three daughters and three grandchildren all live in
California and so we get to see each other reasonably often.

I was naturalized as an American citizen in 1957 and this has been my
primary self-identity ever since. But, like many other scientists, I also
have a strong sense of global citizenship, including especially Canada,
Denmark, England, France and Israel, where I have worked and lived with a
family for considerable periods, and where I have some of my closest
friends.

My feelings towards Austria, my native land, are ?and will remain ?very
painful. They are dominated by my vivid recollections of 1 1/2 years as a
Jewish boy under the Austrian Nazi regime, and by the subsequent murder of
my parents, Salomon and Gittel Kohn, of other relatives and several
teachers, during the holocaust. At the same time I have in recent years
been glad to work with Austrians, one or two generations younger than I:
Physicists, some teachers at my former High School and young people
(Gedenkdiener) who face the dark years of Austria's past honestly and
constructively.

On another level, I want to mention that I have a strong Jewish identity
and ?over the years ?have been involved in several Jewish projects, such
as the establishment of a strong program of Judaic Studies at the
University of California in San Diego.

My father, who had lost a brother, fighting on the Austrian side in World
War I, was a committed pacifist. However, while the Nazi barbarians and
their collaborators threatened the entire world, I could not accept his
philosophy and, after several earlier attempts, was finally accepted into
the Canadian Infantry Corps during the last year of World War II. Many
decades later I became active in attempts to bring an end to the US-Soviet
nuclear arms race and became a leader of unsuccessful faculty initiatives
to terminate the role of the University of California as manager of the
nuclear weapons laboratories at Los Alamos and Livermore. I offered early
support to Jeffrey Leiffer, the founder of the student Pugwash movement
which concerns itself with global issues having a strong scientific
component and in which scientists can play a useful role. Twenty years
after its founding this organization continues strong and vibrant. My
commitment to a humane and peaceful world continues to this day. I have
just joined the Board of the Population Institute because I am convinced
that early stabilization of the world's population is important for the
attainment of this objective.

After these introductory general reflections from my present vantage point
I would now like to give an idea of my childhood and adolescence. I was
born in 1923 into a middle class Jewish family in Vienna, a few years after
the end of World War I, which was disastrous from the Austrian point of
view. Both my parents were born in parts of the former Austro-Hungarian
Empire, my father in Hodonin, Moravia, my mother in Brody, then in Galicia,
Poland, now in the Ukraine. Later they both moved to the capital of Vienna
along with their parents. I have no recollection of my father's parents,
who died relatively young. My maternal grandparents Rappaport were orthodox
Jews who lived a simple life of retirement and, in the case of my
grandfather, of prayer and the study of religious texts in a small nearby
synagogue, a Schul as it was called. My father carried on a business,
Postkartenverlag Brueder Kohn Wien I, whose main product was high quality
art postcards, mostly based on paintings by contemporary artists which were
commissioned by his firm. The business had flourished in the first two
decades of the century but then, in part due to the death of his brother
Adolf in World War I, to the dismantlement of the Austrian monarchy and to
a worldwide economic depression, it gradually fell on hard times in the
1920s and 1930s. My father struggled from crisis to crisis to keep the
business going and to support the family. Left over from the prosperous
times was a wonderful summer property in Heringsdorf at the Baltic Sea, not
far from Berlin, where my mother, sister and I spent our summer vacations
until Hitler came to power in Germany in 1933. My father came for
occasional visits (The firm had a branch in Berlin). My mother was a highly
educated woman with a good knowledge of German, Latin, Polish and French
and some acquaintance with Greek, Hebrew and English. I believe that she
had completed an academically oriented High School in Galicia. Through her
parents we maintained contact with traditional Judaism. At the same time my
parents, especially my father, also were a part of the secular artistic and
intellectual life of Vienna.

After I had completed a public elementary school, my mother enrolled me in
the Akademische Gymnasium, a fine public high school in Vienna's inner
city. There, for almost five years, I received an excellent education,
strongly oriented toward Latin and Greek, until March 1938, when Hitler
Germany annexed Austria. (This so-called Anschluss was, after a few weeks,
supported by the great majority of the Austrian population). Until that
time my favorite subject had been Latin, whose architecture and
succinctness I loved. By contrast, I had no interest in, nor apparent
talent for, mathematics which was routinely taught and gave me the only C
talent for, mathematics which was routinely taught and gave me the only C
in high school. During this time it was my tacit understanding that I would
eventually be asked to take over the family business, a prospect which I
faced with resignation and without the least enthusiasm.

The Anschluss changed everything: The family business was confiscated but
my father was required to continue its management without any compensation;
my sister managed to emigrate rather promptly to England; and I was
expelled from my school.

In the following fall I was able to enter a Jewish school, the Chajes
Gymnasium, where I had two extraordinary teachers: In physics, Dr. Emil
Nohel, and in mathematics Dr. Victor Sabbath. While outside the school
walls arbitrary acts of persecution and brutality took place, on the inside
these two inspired teachers conveyed to us their own deep understanding and
love of their subjects. I take this occasion to record my profound
gratitude for their inspiration to which I owe my initial interest in
science. (Alas, they both became victims of Nazi barbarism).

I note with deep gratitude that twice, during the Second World War, after
having been separated from my parents who were unable to leave Austria, I
was taken into the homes of two wonderful families who had never seen me
before: Charles and Eva Hauff in Sussex, England, who also welcomed my
older sister, Minna. Charles, like my father, was in art publishing and
they had a business relationship. A few years later, Dr. Bruno Mendel and
his wife Hertha of Toronto, Canada, took me and my friend Joseph Eisinger
into their family. (They also supported three other young Nazi refugees).
Both of these families strongly encouraged me in my studies, the Hauffs at
the East Grinstead County School in Sussex and the Mendels at the
University of Toronto. I cannot imagine how I might have become a scientist
without their help.

My first wife, Lois Kohn, gave me invaluable support during the early
phases of my scientific career; my present wife of over 20 years, Mara, has
supported me in the latter phases of my scientific life. She also created a
wonderful home for us, and gave me an entire new family, including her
father Vishniac, a biologist as well as a noted photographer of pre-war
Jewish communities in Eastern Europe, and her mother Luta. (They both died
rather recently, well into their nineties).

After these rather personal reminiscences I now turn to a brief description
of my life as a scientist.

When I arrived in England in August 1939, three weeks before the outbreak
of World War II, I had my mind set on becoming a farmer ( I had seen too
many unemployed intellectuals during the 1930s), and I started out on a
training arm in Kent. However, I became seriously ill and physically weak
with meningitis, and so in January 1940 my "acting parents", the Hauffs,
arranged for me to attend the above-mentioned county school, where ?after
a period of uncertainty ?I concentrated on mathematics, physics and
chemistry.

However, in May 1940, shortly after I had turned 17, and while the German
army swept through Western Europe and Britain girded for a possible German
air-assault, Churchill ordered most male "enemy aliens" (i.e., holders of
enemy passports, like myself) to be interned ("Collar the lot" was his
crisp order). I spent about two months in various British camps, including
the Isle of Man, where my school sent me the books I needed to study. There
I also audited, with little comprehension, some lectures on mathematics and
physics, offered by mature interned scientists.

In July 1940, I was shipped on, as part of a British convoy moving through
U-boat-infested waters, to Quebec City in Canada; and from there, by train,
to a camp in Trois Rivieres, which housed both German civilian internees
and refugees like myself. Again various internee-taught courses were
offered. The one which interested me most was a course on set-theory given
by the mathematician Dr. Fritz Rothberger and attended by two students. Dr.
Rothberger, from Vienna, a most kind and unassuming man, had been an
advanced private scholar in Cambridge, England, when the internment order
was issued. His love for the intrinsic depth and beauty of mathematics was
gradually absorbed by his students.

Later I was moved around among various other camps in Quebec and New
Brunswick. Another fellow internee, Dr. A. Heckscher, an art historian,
organized a fine camp school for young people like myself, whose education
had been interrupted and who prepared to take official Canadian High School
exams. In this way I passed the McGill University junior Matriculation exam
and exams in mathematics, physics and chemistry on the senior matriculation
level. At this point, at age 18, I was pretty firmly looking forward to a
career in physics, with a strong secondary interest in mathematics.

I mention with gratitude that camp educational programs received support
from the Canadian Red Cross and Jewish Canadian philanthropic sources. I
also mention that in most camps we had the opportunity to work as
lumberjacks and earn 20 cents per day. With this princely sum, carefully
saved up, I was able to buy Hardy's Pure Mathematics and Slater's Chemical
Physics, books which are still on my shelves. In January 1942, having been
cleared by Scotland Yard of being a potential spy, I was released from
internment and welcomed by the family of Professor Bruno Mendel in Toronto.
At this point I planned to take up engineering rather than physics, in
order to be able to support my parents after the war. The Mendels
introduced me to Professor Leopold Infeld who had come to Toronto after
several years with Einstein. Infeld, after talking with me (in a kind of
drawing room oral exam), concluded that my real love was physics and
advised me to major in an excellent, very stiff program, then called
mathematics and physics, at the University of Toronto. He argued that this
program would enable me to earn a decent living at least as well as an
engineering program.

However, because of my now German nationality, I was not allowed into the
chemistry building, where war work was in progress, and hence I could not
enroll in any chemistry courses. (In fact, the last time I attended a
chemistry class was in my English school at the age of 17.) Since chemistry
was required, this seemed to sink any hope of enrolling. Here I express my
deep appreciation to Dean and head of mathematics, Samuel Beatty, who
helped me, and several others, nevertheless to enter mathematics and
physics as special students, whose status was regularized one or two years
later.

I was fortunate to find an extraordinary mathematics and applied
mathematics program in Toronto. Luminous members whom I recall with special
vividness were the algebraist Richard Brauer, the non-Euclidean geometer,
H.S.M. Coxeter, the aforementioned Leopold Infeld, and the classical
applied mathematicians John Lighton Synge and Alexander Weinstein. This
group had been largely assembled by Dean Beatty. In those years the
University of Toronto team of mathematics students, competing with teams
from the leading North-American Institutions, consistently won the annual
Putman competition. (For the record I remark that I never participated).
Physics too had many distinguished faculty members, largely recruited by
John C. McLennan, one of the earliest low temperature physicists, who had
died before I arrived. They included the Raman specialist H.L. Welsh, M.F.
Crawford in optics and the low-temperature physicists H.G. Smith and A.D.
Misener. Among my fellow students was Arthur Schawlow, who later was to
share the Nobel Prize for the development of the laser.

During one or two summers, as well as part-time during the school year, I
worked for a small Canadian company which developed electrical instruments
for military planes. A little later I spent two summers, working for a
geophysicist, looking for (and finding!) gold deposits in northern Ontario
and Quebec.

After my junior year I joined the Canadian Army. An excellent upper
division course in mechanics by A. Weinstein had introduced me to the
dynamics of tops and gyroscopes. While in the army I used my spare time to
develop new strict bounds on the precession of heavy, symmetrical tops.
This paper, "Contour Integration in the Theory of the Spherical Pendulum
and the Heavy Symmetrical Top" was published in the Transactions of
American Mathematical Society. At the end of one year's army service,
having completed only 2 1/2 out of the 4-year undergraduate program, I
received a war-time bachelor's degree "on ?active ?service" in applied
mathematics.

In the year 1945-6, after my discharge from the army, I took an excellent
crash master's program, including some of the senior courses which I had
missed, graduate courses, a master's thesis consisting of my paper on tops
and a paper on scaling of atomic wave-functions.

My teachers wisely insisted that I do not stay on in Toronto for a Ph.D,
but financial support for further study was very hard to come by.
Eventually I was thrilled to receive a fine Lehman fellowship at Harvard.
Leopold Infeld recommended that I should try to be accepted by Julian
Schwinger, whom he knew and who, still in his 20s, was already one of the
most exciting theoretical physicists in the world.

Arriving from the relatively isolated University of Toronto and finding
myself at the illustrious Harvard, where many faculty and graduate students
had just come back from doing brilliant war-related work at Los Alamos, the
MIT Radiation Laboratory, etc., I felt very insecure and set as my goal
survival for at least one year. The Department Chair, J.H. Van Vleck, was
very kind and referred to me as the Toronto-Kohn to distinguish me from
another person who, I gathered, had caused some trouble. Once Van Vleck
told me of an idea in the band-theory of solids, later known as the quantum
defect method, and asked me if I would like to work on it. I asked for time
to consider. When I returned a few days later, without in the least
grasping his idea, I thanked him for the opportunity but explained that,
while I did not yet know in what subfield of physics I wanted to do my
thesis, I was sure it would not be in solid state physics. This problem
then became the thesis of Thomas Kuhn, (later a renowned philosopher of
science), and was further developed by myself and others. In spite of my
original disconnect with Van Vleck, solid state physics soon became the
center of my professional life and Van Vleck and I became lifelong friends.

After my encounter with Van Vleck I presented myself to Julian Schwinger
requesting to be accepted as one of his thesis students. His evident
brilliance as a researcher and as a lecturer in advanced graduate courses
(such as waveguides and nuclear physics) attracted large numbers of
students, including many who had returned to their studies after spending
"time out" on various war-related projects.

I told Schwinger briefly of my very modest efforts using variational
principles. He himself had developed brilliant new Green's function
variational principles during the war for wave-guides, optics and nuclear
physics (Soon afterwards Green's functions played an important role in his
Nobel-Prize-winning work on quantum electrodynamics). He accepted me within
minutes as one of his approximately 10 thesis students. He suggested that I
should try to develop a Green's function variational method for three-body
scattering problems, like low-energy neutron-deuteron scattering, while
warning me ominously, that he himself had tried and failed. Some six months
later, when I had obtained some partial, very unsatisfactory results, I
looked for alternative approaches and soon found a rather elementary
formulation, later known as Kohn's variational principle for scattering,
and useful for nuclear, atomic and molecular problems. Since I had
circumvented Schwinger's beloved Green's functions, I felt that he was very
disappointed. Nevertheless he accepted this work as my thesis in 1948.
(Much later L. Fadeev offered his celebrated solution of the three-body
scattering problem).

My Harvard friends, close and not so close, included P.W. Anderson, N.
Bloembergen, H. Broida (a little later), K. Case, F. De Hoffman, J.
Eisenstein, R. Glauber, T. Kuhn, R. Landauer, B. Mottelson, G. Pake, F.
Rohrlich, and C. Slichter. Schwinger's brilliant lectures on nuclear
physics also attracted many students and Postdocs from MIT, including J.
Blatt, M. Goldberger, and J.M. Luttinger. Quite a number of this remarkable
group would become lifelong friends, and one ?J.M. "Quin" Luttinger ?also
my closest collaborators for 13 years, 1954-66. Almost all went on to
outstanding careers of one sort or another.

I was totally surprised and thrilled when in the spring of 1948 Schwinger
offered to keep me at Harvard for up to three years. I had the choice of
being a regular post-doctoral fellow or dividing my time equally between
research and teaching. Wisely ?as it turned out ?I chose the latter. For
the next two years I shared an office with Sidney Borowitz, later
Chancellor of New York University, who had a similar appointment. We were
to assist Schwinger in his work on quantum electrodynamics and the emerging
field theory of strong interactions between nucleons and mesons. In view of
Schwinger's deep physical insights and celebrated mathematical power, I
soon felt almost completely useless. Borowitz and I did make some very
minor contributions, while the greats, especially Schwinger and Feynman,
seemed to be on their way to unplumbed, perhaps ultimate depths.

For the summer of 1949, 1 got a job in the Polaroid laboratory in
Cambridge, Mass., just before the Polaroid camera made its public
appearance. My task was to bring some understanding to the mechanism by
which charged particles falling on a photographic plate lead to a
photographic image. (This technique had just been introduced to study
cosmic rays). I therefore needed to learn something about solid state
physics and occasionally, when I encountered things I didn't understand, I
consulted Van Vleck.

It seems that these meetings gave him the erroneous impression that I knew
something about the subject. For one day he explained to me that he was
about to take a leave of absence and, "since you are familiar with solid
state physics", he asked me if I could teach a course on this subject,
which he had planned to offer. This time, frustrated with my work on
quantum field theory, I agreed. I had a family, jobs were scarce, and I
thought that broadening my competence into a new, more practical, area
might give me more opportunities.

So, relying largely on the excellent, relatively recent monograph by F.
Seitz, "Modern Theory Of Solids", I taught one of the first broad courses
on Solid State Physics in the United States. My "students" included several
of my friends, N. Bloembergen, C. Slichter and G. Pake who conducted
experiments (later considered as classics) in the brand-new area of nuclear
experiments (later considered as classics) in the brand-new area of nuclear
magnetic resonance which had just been opened up by E. Purcell at Harvard
and F. Bloch at Stanford. Some of my students often understood much more
than I, they were charitable towards their teacher.

At about the same time I did some calculations suggested by Bloembergen, on
the recently discovered, so-called Knight shift of nuclear magnetic
resonance, and, in this connection, returning to my old love of variational
methods, developed a new variational approach to the study of wavefunctions
in periodic crystals.

Although my appointment was good for another year and a half, I began
actively looking for a more long-term position. I was a naturalized
Canadian citizen, with the warmest feelings towards Canada, and explored
every Canadian university known to me. No opportunities presented
themselves. Neither did the very meager US market for young theorists yield
an academic offer. At this point a promising possibility appeared for a
position in a new Westinghouse nuclear reactor laboratory outside of
Pittsburgh. But during a visit it turned out that US citizenship was
required and so this possibility too vanished. At that moment I was
unbelievably lucky. While in Pittsburgh, I stayed with my Canadian friend
Alfred Schild, who taught in the mathematics department at the Carnegie
Institute of Technology (now Carnegie Mellon University). He remarked that
Institute of Technology (now Carnegie Mellon University). He remarked that
F. Seitz and several of his colleagus had just left the physics department
and moved to Illinois, so that ?he thought ?there might be an opening for
me there. It turned out that the Department Chair, Ed Creutz was looking
rather desperately for somebody who could teach a course in solid state
physics and also keep an eye on the graduate students who had lost their
"doctor-fathers". Within 48 hours I had a telegram offering me a job!

A few weeks later a happy complication arose. I had earlier applied for a
National Research Council fellowship for 1950-51 and now it came through. A
request for a short postponement was firmly denied. Fortunately, Ed Creutz
agreed to give me a one-year leave of absence, provided I first taught a
compressed course in solid state physics. So on December 31, 1950 (to
satisfy the terms of my fellowship) I arrived in Copenhagen.

Originally I had planned to revert to nuclear physics there, in particular
the the structure of the deuteron. But in the meantime I had become a solid
state physicist. Unfortunately no one in Copenhagen, including Niels Bohr,
had even heard the expression "Solid State Physics". For a while I worked
on old projects. Then, with an Indian visitor named Vachaspati (no
initial), I published a criticism of Froehlich's pre-BCS theory of
superconductivity, and also did some work on scattering theory.


In the spring of 1951, I was told that an expected visitor for the coming
year had dropped out and that the Bohr Institute could provide me with an
Oersted fellowship to remain there until the fall of 1952. Very exciting
work was going on in Copenhagen, which eventually led to the great
"Collective Model of the Nucleus" of A. Bohr and B. Mottelson, both of whom
had become close friends. Furthermore my family and I had fallen in love
with Denmark and the Danish people. A letter from Niels Bohr to my
department chair at Carnegie quickly resulted in the extension of my leave
of absence till the fall of 1952.

In the summer of 1951, I became a substitute teacher, replacing an ill
lecturer at the first summer school at Les Houches, near Chamonix in
France, conceived and organized by a dynamic young French woman, C閏ile
Morette De Witt. As an "expert" in solid state physics, I offered a few
lectures on that subject. Wolfgang Pauli, who visited, when he learned of
my meager knowledge of solids, mostly metallic sodium, asked me, true to
form, if I was a professor of physics or of sodium. He was equally acerbic
about himself. Some 50 years old at the time, he described himself as "a
child-wonder in menopause" ("ein Wunderkind in den Wechseljahren"). But my
most important encounter was with Res Jost, an assistant of Pauli at the
ETH in Zurich, with whom I shared an interest in the so-called inverse
scattering problem: given asymptotic information, (such as phase-shifts as
scattering problem: given asymptotic information, (such as phase-shifts as
function of energy), of a particle scattered by a potential V(r), what
quantitative information can be inferred about this potential? Later that
year, we both found ourselves in Copenhagen and addressed this problem in
earnest. Jost, at the time a senior fellow at the Institute for Advanced
Study in Princeton, had to return there before we had finished our work. A
few months later, in the spring of 1952, I received an invitation from
Robert Oppenheimer, to come to Princeton for a few weeks to finish our
project. In an intensive and most enjoyable collaboration, we succeeded in
obtaining a complete solution for S-wave scattering by a spherical
potential. At about the same time I.M. Gel'fand in the Soviet Union
published his celebrated work on the inverse problem. Jost and I remained
close lifelong friends until his death in 1989.

After my return to Carnegie Tech in 1952, I began a major collaboration
with N. Rostoker, then an assistant of an experimentalist, later a
distinguished plasma theorist. We developed a theory for the energy band
structure of electrons for periodic potentials, harking back to my earlier
experience with scattering, Green's functions and variational methods. We
showed how to determine the bandstructure from a knowledge of purely
geometric structure constants and a small number (~ 3) of scattering
phase-shifts of the potential in a single sphericalized cell. By a
different approach this theory was also obtained by J. Korringa. It
different approach this theory was also obtained by J. Korringa. It
continues to be used under the acronym KKR. Other work during my Carnegie
years, 1950-59, includes the image of the metallic Fermi Surface in the
phonon spectrum (Kohn anomaly); exponential localization of Wannier
functions; and the nature of the insulating state.

My most distinguished colleague and good friend at Carnegie was G.C. Wick,
and my first PhD's were D. Schechter and V. Ambegaokar. I also greatly
benefitted from my interaction with T. Holstein at Westinghouse.

In 1953, with support from Van Vleck, I obtained a summerjob at Bell Labs
as assistant of W. Shockley, the co-inventor of the transistor. My project
was radiation damage of Si and Ge by energetic electrons, critical for the
use of the recently developed semiconductor devices for applications in
outer space. In particular, I established a reasonably accurate energy
threshold for permanent displacement of a nucleus from its regular lattice
position, substantially smaller than had been previously presumed. Bell
Labs at that time was without question the world's outstanding center for
research in solid state physics and for the first time, gave me a
perspective over this fascinating, rich field. Bardeen, Brattain and
Shockley , after their invention of the transistor, were the great heroes.
Other world class theorists were C. Herring, G. Wannier and my brilliant
friend from Harvard, P.W. Anderson. With a few interruptions I was to
friend from Harvard, P.W. Anderson. With a few interruptions I was to
return to Bell Labs every year until 1966. I owe this institution my
growing up from amateur to professional.

In the summer of 1954 both Quin Luttinger and I were at Bell Labs and began
our 13-year long collaborations, along with other work outside our
professional "marriage". (Our close friendship lasted till his death in
1997). The all-important impurity states in the transistor materials Si and
Ge, which govern their electrical and many of their optical properties,
were under intense experimental study, which we complemented by theoretical
work using so-called effective mass theory. In 1957, 1 wrote a
comprehensive review on this subject. We (mostly Luttinger) also developed
an effective Hamiltonian in the presence of magnetic fields, for the
complex holes in these elements. A little later we obtained the first
non-heuristic derivation of the Boltzman transport equation for quantum
mechanical particles. There followed several years of studies of many-body
theories, including Luttinger's famous one-dimensional "Luttinger liquid"
and the "Luttinger's theorem" about the conservation of the volume enclosed
by a metallic Fermi surface, in the presence of electron electron
interaction. Finally, in 1966, we showed that superconductivity occurs even
with purely repulsive interactions ?contrary to conventional wisdom and
possibly relevant to the much later discovery of high-Tc superconductors.


In 1960, when I moved to the University of California San Diego,
California, my scientific interactions with Luttinger, then at Columbia
University, and with Bell Labs gradually diminished. I did some consulting
at the nearby General Atomic Laboratory, interacting primarily with J.
Appel. My university colleagues included G. Feher, B. Maple, B. Matthias,
S. Schultz, H. Suhl and J. Wheatley, ?a wonderful environment. During my
19-year stay there I typically worked with two postdocs and four graduate
students. A high water mark period were the late 1960s, early 1970s,
including N. Lang, D. Mermin, M. Rice, L.J. Sham, D. Sherrington, and J.
Smith.

I now come to the development of density functional theory (DFT). In the
fall of 1963, I spent a sabbatical semester at the 蒫ole Normale Sup閞ieure
in Paris, as guest and in the spacious office of my friend Philippe Nozi鑢es.

 Since my Carnegie days I had been interested in the electronic structure
of alloys, a subject of intense experimental interest in both the physics
and metallurgy departments. In Paris I read some of the metallurgical
literature, in which the concept of the effective charge e* of an atom in
an alloy was prominent, which characterized in a rough way the transfer of
charge between atomic cells. It was a local point of view in coordinate
space, in contrast to the emphasis on delocalized waves in momentum space,
such as Bloch-waves in an average periodic crystal, used for the rough
such as Bloch-waves in an average periodic crystal, used for the rough
description of substitutional alloys. At this point the question occurred
to me whether, in general, an alloy is completely or only partially
characterized by its electronic density distribution n(r): In the back of
my mind I knew that this was the case in the Thomas-Fermi approximation of
interacting electron systems; also, from the "rigid band model" of
substitutional alloys of neighboring elements, I knew that there was a
1-to-1 correspondence between a weak perturbing potential v(r) and the
corresponding small change n(r) of the density distribution. Finally it
occurred to me that for a single particle there is an explicit elementary
relation between the potential v(r) and the density, n(r), of the
groundstate. Taken together, these provided strong support for the
conjective that the density n(r) completely determines the external
potential v(r). This would imply that n(r) which integrates to N, the total
number of electrons, also determines the total Hamilton H and hence all
properties derivable from H and N, e.g. the wavefunction of the 17th
excited state, 17 (r1,...,rN)! Could this be true? And how could it be
decided? Could two different potentials, v1(r) and v2(r), with associated
different groundstates 1 (r1,...,rN) and 2 (r1,...,rN) give rise to the
same density distribution? It turned out that a simple 3-line argument,
using my beloved Rayleigh Ritz variational principle, confirmed the
conjecture. It seemed such a remarkable result that I did not trust myself.


By this time I had become friends with another inhabitant of Nozi鑢e's
office, Pierre Hohenberg, a lively young American, recently arrived in
Paris after a one-year fellowship in the Soviet Union. Having completed
some work there he seemed to be "between" problems and I asked if he would
be interested in joining me. He was. The first task was a literature search
to see if this simple result was already known; apparently not. In short
order we had recast the Rayleigh-Ritz variational theorem for the
groundstate energy in terms of the density n (r) instead of the many
electron wave function , leading to what is now called the Hohenberg Kohn
(HK) variational principle. We fleshed out this work with various
approximations and published it.

Shortly afterwards I returned to San Diego where my new postdoctoral
fellow, Lu J. Sham had already arrived. Together we derived from the HK
variational principle what are now known as the Kohn-Sham (KS) equations,
which have found extensive use by physicists and chemists, including
members of my group.

Since the 1970s I have also been working on the theory of surfaces, mostly
electronic structure. The work with Lang in the early 1970s, using DFT,
picked up and carried forward where J. Bardeen's thesis had left off in the
1930s.

In 1979, I moved to the University of California, Santa Barbara to become
the initial director of the National Science Foundation's Institute for
Theoretical Physics (1979-84). I have continued to work with postdoctoral
fellows and students on DFT and other problems that I had put aside in
previous years. Since the middle 1980s, I have also had increasing,
fruitful interactions with theoretical chemists. I mention especially
Robert Parr, the first major theoretical chemist to believe in the
potential promise of DFT for chemistry who, together with his young
co-workers, has made major contributions, both conceptual and
computational.

Since beginning this autobiographical sketch I have turned 76. I enormously
enjoy the continuing progress by my younger DFT colleagues and my own
collaboration with some of them. Looking back I feel very fortunate to have
had a small part in the great drama of scientific progress, and most
thankful to all those, including family, kindly "acting parents", teachers,
colleagues, students, and collaborators of all ages, who made it possible.

--
╔═══════════════════╗
║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
╚═══════════════════╝


※ 来源:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.162]