Digitale Pioniere (64): Walter Kohn und Lu J. Sham : Was Moleküle zusammenhält

Mit der Dichtefunktionaltheorie (DFT) schufen Kohn und Sham eine Methode, um das Bindungsverhalten von Atomen zu simulieren. Das hilft bei der Entwicklung neuer Materialien und Medikamente.

Kristina Vaillant
Walter Kohn
Walter KohnFoto: Wikipedia

Aller Ehren wert

Der Blick in die Atome ist ohne Mathematik nicht vorstellbar, besonders, wenn man die physikalischen und chemischen Eigenschaften von neuen Molekülen vorhersagen will. Dafür sind allerdings komplizierte, auf der Quantenmechanik basierende Gleichungen vonnöten. Walter Kohn und Lu J. Sham machten sie für die Chemie handhabbar. Mit der Dichtefunktionaltheorie (DFT) vereinfachten sie die Berechnungen, ohne dass die Ergebnisse an Aussagekraft verloren. Heute dient die DFT dazu, das Bindungsverhalten von Atomen in Computersimulationen zu berechnen – auch in großen Molekülen wie sie etwa für neue Materialien oder Arzneimittel gebraucht werden.

Zur Person

Walter Kohn (1923–2016) und Lu J. Sham waren Mitte der sechziger Jahre an der Universität San Diego aufeinandergetroffen. Kohn war dort seit 1960 Professor für Theoretische Physik. Sham, 1938 in Hongkong geboren, wurde 1963 Kohns Mitarbeiter an der neugegründeten Universität im Süden Kaliforniens. Als Kohn und Sham dort 1965 die Dichtefunktionaltheorie (DFT), eine Methode zur Berechnung der Verteilung der Elektronen entwickelten, stützten sie sich auf frühere Überlegungen Kohns. Denen zufolge konnte der Energiezustand von Molekülen anhand der räumlichen Verteilung der Elektronen beschrieben werden. Der Weg für eine einfachere Berechnungsmethode war damit geebnet. 1998, mehr als 30 Jahre später, wurde Walter Kohn dafür mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Heute ist die DFT eine der populärsten Methoden der Quantenchemie. Das ist nicht zuletzt auch der Entwicklung immer leistungsstärkerer Rechner zu verdanken.

Gut zu wissen

Kohn war gebürtiger Wiener. In seiner Rede anlässlich der Verleihung des Nobelpreises zählte er seine Hobbys auf: klassische Musik, Literatur und Skaten am Strand von Santa Barbara – da war Kohn schon über 70. Es sei eine Reminiszenz an das Schlittschuhlaufen als Kind in Wien, sagte er. Es waren schmerzhafte Erinnerungen, die ihn mit seiner Geburtsstadt verbanden. Im Teenageralter musste er als Jude zusammen mit seinen Schwestern vor den Nazis fliehen. Seine Eltern und viele Verwandte überlebten den Nazi-Terror nicht.

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