Volker Heine

Volker Heine (* 19. September 1930 in Hamburg) ist ein britisch-neuseeländischer Physiker.

Volker Heine 2012

Volker Heine ist für seine richtungsweisenden theoretischen und computergestützten Untersuchungen der Elektronenstruktur von Festkörpern und Flüssigkeiten und der daraus folgenden Analysen der physikalischen Eigenschaften bekannt.

Biografie

Volker Heine besuchte die Wanganui Collegiate School und studierte an der University of Otago (Neuseeland). Von 1954 bis 1956 arbeitete er als Shell Stipendiat in der Arbeitsgruppe von Sir Nevill Francis Mott in Cambridge an seiner Dissertation. In den darauf folgenden Jahren erhielt er ein Fellowship am Clare College und wurde Mitglied der neuen Theoriegruppe des Cavendish-Laboratoriums. Nahezu seine gesamte wissenschaftliche Karriere blieb er in Cambridge, lediglich einen einjährigen Aufenthalt (1956–1957) als Postdoktorand an der University of California in Berkeley sowie mehrere Sabaticals und Forschungsaufenthalte verbrachte er in den USA. 1976 übernahm er die Leitung der "Theory of Condensed Matter" Arbeitsgruppe. Diese Position hielt er bis zu seiner Emeritierung im Jahr 1997.[1]

Volker Heine war stets äußerst aktiv an der Gestaltung der internationalen Wissenschaftslandschaft insbesondere auf dem Gebiet der atomistischen, elektronischen Computersimulationen beteiligt. Er initiierte Psi-k[2], ein Netzwerk von Wissenschaftlern aus aller Welt, die sich mit der Weiterentwicklung der rechnergestützten Materialwissenschaften aus ersten Prinzipien beschäftigen. Später übernahm er die Leitung des Netzwerkes. Die Mission von Psi-k ist die Entwicklung grundlegender Theorien, Algorithmen und Softwareprogramme mit dem Ziel Materialeigenschaften zu verstehen, vorherzusagen und Materialien mit gewünschten Eigenschaften zu konstruieren. Psi-k unterstützt dafür die Organisation von Konferenzen, Workshops, Tutorien und Weiterbildungsschulen und beteiligt sich an der Vermittlung wissenschaftlichen Denkens in die Gesellschaft.

Volker Heine wurde zum Fellow der Royal Society (1974) und der American Physical Society (1987) gewählt. 1972 erhielt er Maxwell-Medaille und Preis und 1993 die Royal Medal der Royal Society (London). Ihm wurde die Dirac-Medaille des Institute of Physics (1994) verliehen und er erhielt den Max-Born-Preis (2001). Er war Gastprofessor an mehreren Universitäten auf der ganzen Welt und auswärtiges wissenschaftliches Mitglied am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart.

2010 stiftete er den Psi-k Young Investigator Award, der seit 2015 als Psi-k Volker Heine Young Investigator Award verliehen wird.[3]

Forschung

Die Forschung von Volker Heine beschäftigt sich im Wesentlichen mit dem Verständnis (a) des Verhaltens von Materialien durch Elektronenstrukturberechnungen, (b) des Ursprungs von inkommensurabel modulierten Materialien und (c) der Struktur und Eigenschaften von Mineralien aus atomarer Sicht. Sein Forschungsschwerpunkt war dabei die Elektronenstrukturtheorie und vor allem die Entwicklung mehrerer fundamentaler Konzepte für die Festkörperphysik. Seine wegweisenden Arbeiten zu Pseudopotentialen[4][5] bilden eine Grundlage für die meisten gegenwärtig vorgenommenen Elektronenstruktur- und Gesamtenergie-Berechnungen (speziell für Halbleiter und so genannte „sp-gebundene Metalle“).[6][7] Er entwickelte auch die grundlegende Beschreibung von Elektronen-Phononen Kopplung[8] und ein Großteil unseres Verständnisses über die Struktur und atomaren Relaxationen an Oberflächen wurde von Heine begründet[7]. Ferner liefert seine bahnbrechende Forschung über die komplexe Bandstruktur und seine wegweisenden Beiträge zur Theorie von Oberflächenzuständen die Grundlage für die Beschreibung von elektronischen Eigenschaften von Festkörpern und Grenzflächen.[9][10][11] Dazu zählen das Konzept Metall-induzierter Bandlücken-Zustände an Metall-Halbleiter Heterostrukturen und das Verständnis von Schottky-Kontakten.[12] Zu seinen wichtigen Beiträgen gehören die Formulierung einer Rekursionsmethode für Elektronenstrukturuntersuchungen[10], eine Theorie inkommensurabler Strukturen von Polytypen von Siliziumkarbid[13][14][15] und ein Modell für inkommensurable und Framework-Strukturen von Mineralien.[16][17][18][19] Er untersuchte magnetische Eigenschaften von Festkörpern[20][21], verschiedene Aspekte von Kristallphasenübergängen[22][23], thermische Ausdehnung[24] und vieles mehr. Volker Heine hat mehr als 200 wissenschaftliche Arbeiten, mehrere eingeladene Übersichtsartikel und ein Lehrbuch veröffentlicht.[25]

Schriften

Group theory in quantum mechanics. Dover 2007
mit Marvin Cohen, James C. Phillips: Quantum mechanics of materials. In: Scientific American. Band 246, Juni 82, S. 82ff.

Weblinks

Professor Volker Heine, Emeritus Fellow. Clare College, Cambridge; abgerufen am 31. März 2019 (englisch).
Persönliche Homepage an der Universität Cambridge. Archiviert vom Original am 30. Dezember 2006; abgerufen am 1. Januar 1970 (englisch).
Volker Heine, Biography. In: Fellows Directory. Royal Society; abgerufen am 31. März 2019 (englisch).

Einzelnachweise

History of TCM
http://psi-k.net/
Angel Rubio, Risto Nieminen, Volker Heine: An issue dedicated to the Ψk Volker Heine Young Investigator Award. In: Eur. Phys. J. B. Band 89, 2016, S. 240, doi:10.1140/epjb/e2016-70537-0.
„The Pseudopotential Concept“, V. Heine, S. 1–36; „The Fitting of Pseudopotentials to Experimental Data and Their Subsequent Application”, M. L. Cohen, V. Heine, pages 37–248; „Pseudopotential Theory of Cohesion and Structure“, V. Heine, D. Weaire, S. 249–463, in „Solid State Physics“, Academic Press, Volume 24 (1970), S. 1–463, Hrsg.: Henry Ehrenreich, Frederick Seitz, and David Turnbull
„Optimized and transferable nonlocal separable ab initio pseudopotentials“, J. S. Lin, A. Qteish, M. C. Payne, V. Heine, Phys. Rev. B 47, 4174 (1993)
“s−d Interaction in Transition Metals“, V. Heine, Phys. Rev. 153, 673 (1967)
„Theory of lattice contraction at aluminium surfaces“, M. W. Finnis, V. Heine, J. Phys. F: Met. Phys. 4, L37 (1974)
"Theory of the temperature dependence of electronic band structures", P. B. Allen, V. Heine, J. Phys. C: Solid State Phys. 9, 2305 (1976)
„A new method for the electronic structure of metals“, V. Heine, I. Abarenkov, Phil. Mag. 9, 451 (1964)
„Electronic structure based on the local atomic environment for tight-binding bands” R. Haydock , V. Heine, M. J. Kelly, J. Phys. C: Solid State Phys. 5, 2845 (1972); „Electronic structure based on the local atomic environment for tight-binding bands. II“, R. Haydock, V. Heine, M. J. Kelly, J. Phys. C: Solid State Phys. 8, 2591 (1975)
„The screened model potential for 25 Elements“, A. O. E. Animalu, V. Heine Philosophical Magazine, 12 (120), 1249–1270 (1965)
„Theory of Surface States“, V. Heine, Phys. Rev. 138, A1689 (1965)
„Inter-layer interactions and the origin of SiC polytypes“, C. Cheng, R. J. Needs, V. Heine, Journal of Physics C: Solid State Physics 21, 1049 (1988)
„Polarization, band lineups, and stability of SiC polytypes“, A. Qteish, V. Heine, R. J. Needs, Phys. Rev. B 45, 6534 (1992)
„The preference of silicon carbide for growth in the metastable cubic form", V. Heine, C. Cheng, R. J. Needs, J. Am. Ceram. Soc. 74, 2630-33 (1991)
„The origin of incommensurate structures in insulators“, V. Heine, J. D. C. McConnell, J. Phys. C: Solid State Phys. 17, 1199 (1984)
„Incommensurate structure and stability of mullite“ J. Desmond, C. McConnell, V. Heine, Phys. Rev. B 31, 6140(R) (1985)
“Spin density wave and soft phonon mode from nesting Fermi surfaces”, S.-K. Chan, V. Heine, J. Phys. F: Met. Phys. 3, 795 (1973)
"Effect of electron-hole pairs on phonon frequencies in Si related to temperature dependence of band gaps", V. Heine, J. A. Van Vechten, Phys. Rev. B 13, 1622 (1976)
"Magnetic, chemical and structural ordering in transition metals", V. Heine, J. H. Samson, J. Phys. F: Met. Phys. 13, 2155 (1983)
"Magnetism in transition metals at finite temperatures. I. Computational model", M. V. You, V. Heine, J. Phys. F: Met. Phys. 12, 177 (1982)
"The theory of fluctuations and texture embryos in structural phase transitions mediated by strain", A. M. Bratkovsky, S. C. Marais, V. Heine, E. K. H. Salje, J. Phys.: Condens. Matter 6, 3679 (1994)
"Rigid-unit phonon modes and structural phase transitions in framework silicates", K. D. Hammonds, M. T. Dove, A. P. Giddy, V. Heine, B. Winkler, Am. Mineral. 81, 1057 (1996)
"Origin of the negative thermal expansion in ZrW₂O₈ and ZrV₂O₇", A. K. A. Pryde, K. D. Hammonds, M. T. Dove, V. Heine, J. D. Gale, M. C. Warren, J. Phys.: Condens. Matter 8, 10973 (1996)
“Group theory in quantum mechanics: an introduction to its present usage”, V. Heine, 2007, Courier Corporation

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[1] History of TCM

[2] ttp://psi-k.net/

[3] Angel Rubio, Risto Nieminen, Volker Heine: An issue dedicated to the Ψk Volker Heine Young Investigator Award. In: Eur. Phys. J. B. Band 89, 2016, S. 240, doi:10.1140/epjb/e2016-70537-0.

[4] „The Pseudopotential Concept“, V. Heine, S. 1–36; „The Fitting of Pseudopotentials to Experimental Data and Their Subsequent Application”, M. L. Cohen, V. Heine, pages 37–248; „Pseudopotential Theory of Cohesion and Structure“, V. Heine, D. Weaire, S. 249–463, in „Solid State Physics“, Academic Press, Volume 24 (1970), S. 1–463, Hrsg.: Henry Ehrenreich, Frederick Seitz, and David Turnbull

[5] „Optimized and transferable nonlocal separable ab initio pseudopotentials“, J. S. Lin, A. Qteish, M. C. Payne, V. Heine, Phys. Rev. B 47, 4174 (1993)

[6] “s−d Interaction in Transition Metals“, V. Heine, Phys. Rev. 153, 673 (1967)

[Finnis74-7] „Theory of lattice contraction at aluminium surfaces“, M. W. Finnis, V. Heine, J. Phys. F: Met. Phys. 4, L37 (1974)

[8] "Theory of the temperature dependence of electronic band structures", P. B. Allen, V. Heine, J. Phys. C: Solid State Phys. 9, 2305 (1976)

[9] „A new method for the electronic structure of metals“, V. Heine, I. Abarenkov, Phil. Mag. 9, 451 (1964)

[Haydock72-10] „Electronic structure based on the local atomic environment for tight-binding bands” R. Haydock , V. Heine, M. J. Kelly, J. Phys. C: Solid State Phys. 5, 2845 (1972); „Electronic structure based on the local atomic environment for tight-binding bands. II“, R. Haydock, V. Heine, M. J. Kelly, J. Phys. C: Solid State Phys. 8, 2591 (1975)

[11] „The screened model potential for 25 Elements“, A. O. E. Animalu, V. Heine Philosophical Magazine, 12 (120), 1249–1270 (1965)

[12] „Theory of Surface States“, V. Heine, Phys. Rev. 138, A1689 (1965)

[13] „Inter-layer interactions and the origin of SiC polytypes“, C. Cheng, R. J. Needs, V. Heine, Journal of Physics C: Solid State Physics 21, 1049 (1988)

[14] „Polarization, band lineups, and stability of SiC polytypes“, A. Qteish, V. Heine, R. J. Needs, Phys. Rev. B 45, 6534 (1992)

[15] „The preference of silicon carbide for growth in the metastable cubic form", V. Heine, C. Cheng, R. J. Needs, J. Am. Ceram. Soc. 74, 2630-33 (1991)

[16] „The origin of incommensurate structures in insulators“, V. Heine, J. D. C. McConnell, J. Phys. C: Solid State Phys. 17, 1199 (1984)

[17] „Incommensurate structure and stability of mullite“ J. Desmond, C. McConnell, V. Heine, Phys. Rev. B 31, 6140(R) (1985)

[18] “Spin density wave and soft phonon mode from nesting Fermi surfaces”, S.-K. Chan, V. Heine, J. Phys. F: Met. Phys. 3, 795 (1973)

[19] "Effect of electron-hole pairs on phonon frequencies in Si related to temperature dependence of band gaps", V. Heine, J. A. Van Vechten, Phys. Rev. B 13, 1622 (1976)

[20] "Magnetic, chemical and structural ordering in transition metals", V. Heine, J. H. Samson, J. Phys. F: Met. Phys. 13, 2155 (1983)

[21] "Magnetism in transition metals at finite temperatures. I. Computational model", M. V. You, V. Heine, J. Phys. F: Met. Phys. 12, 177 (1982)

[22] "The theory of fluctuations and texture embryos in structural phase transitions mediated by strain", A. M. Bratkovsky, S. C. Marais, V. Heine, E. K. H. Salje, J. Phys.: Condens. Matter 6, 3679 (1994)

[23] "Rigid-unit phonon modes and structural phase transitions in framework silicates", K. D. Hammonds, M. T. Dove, A. P. Giddy, V. Heine, B. Winkler, Am. Mineral. 81, 1057 (1996)

[24] "Origin of the negative thermal expansion in ZrW₂O₈ and ZrV₂O₇", A. K. A. Pryde, K. D. Hammonds, M. T. Dove, V. Heine, J. D. Gale, M. C. Warren, J. Phys.: Condens. Matter 8, 10973 (1996)

[25] “Group theory in quantum mechanics: an introduction to its present usage”, V. Heine, 2007, Courier Corporation