Kristian Johan Fossheim

Kristian Johan Fossheim
Fossheim som fungerende preses under 250-års jubileet i Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab i 2010. Foto: Bruce Sampson / NTNU Vitenskapsmuseet

Kristian Johan Fossheim (født 1935) er en norsk professor emeritus i fysikk ved NTNU.

Biografi

Han vokste opp på Skei i Jølster. Han tok examen artium ved Firda gymnas og ble deretter cand.real. med hovedfag i eksperimentell fysikk ved Universitetet i Oslo (UiO) i 1964. I 1972 tok han doktorgraden innen faseoverganger i superledere og strukturelle systemer ved UiO. Han var førstemanuensis ved Norges tekniske høgskole i Trondheim 1970–1980 og professor samme sted 1980–2005, (NTNU fra 1996). Fossheim fulgte etter Sverre Westin, SINTEFs grunnlegger, som professor i teknisk fysikk. Han har veiledet en rekke kandidater til doktorgrad i fysikk ved NTH/NTNU. Fossheim er en pioner innen superlederforskning i Norge.

Han har vært gjesteforsker og gjesteprofessor ved en rekke sentra for studier av den faste materie, i USA, Europa og Japan: University of Maryland 1965–1967, IBM Research Lab Zurich 1973 og 1975, IBM Thomas J Watson Research Centre, New York 1975–1976, Electrotechnical Laboratory, Tsukuba, Japan 1990 og Superconductivity Research Laboratory, Tokyo samme år, National High Magnetic Field Laboratory, Florida 1994–1995 og 1999–2000. Han har også samarbeidet med den sveitsiske fysikeren, senere nobelprisvinneren K Alex Müller fra 1968, senere også med den tyskfødte nobelprisvinneren J. Georg Bednorz fra 1987.

Forskning på faseovergang i faste stoff

Han har særlig bidratt til ny innsikt i hvordan materien skifter tilstand ved såkalt faseovergang der egenskapene endres brått ved en bestemt såkalt kritisk temperatur som er karakteristisk for hvert materiale. Kjente eksempler er overgang fra vann til damp, og overgang fra magnetisk til umagnetisk tilstand i jern, begge deler ved oppvarming. Han har særlig arbeidet med metaller, oksider og superledere. Et av de store spørsmål i fysikken på 1960- og 1970-tallet var hvordan kondenserte systemer som faste stoff og væsker skifter helt karakter på makroskopisk skala, i prinsippet over uendelige avstander, selv om kreftene som virker bare har rekkevidde på interatomær avstand, i dag gjerne kalt nanoskala avstander. En omtaler dette som kooperative fenomener.

Fossheim startet dette arbeidet under oppholdet ved University of Maryland fra 1965. Han gjorde her i 1967 nøyaktige observasjoner av overgangen mellom normal metallisk tilstand og superledertilstand. Overgangen i metallet indium, observert med høyfrekvent ultralyd, skjedde innenfor en til to titusendels grader nær minus 270 grader Celcius. Fossheim beskrev også, som den første, teorien for disse observasjonene. En spesialitet under dette arbeidet ble kontrollerte målinger ved temperaturer ned mot det absolutte nullpunkt.

I 1967 tok Fossheim opp undersøkelser av hvordan overganger mellom ulike faststoff-tilstander skjer ved strukturendring i oksider, først i SrTiO3. Her startet samarbeidet med K Alex Müller. Dette systemet er blitt prototypen på kooperative fenomener ved strukturendring i faststoff. Dette var det første arbeidet som påviste såkalte kritiske fluktuasjoner i strukturelle systemer. Sammen med Bjørn Berre i Oslo og studenter ved NTH ble temaet bearbeidet videre. Med Sigmund Stokka ble en ny, teoretisk forutsagt, kritisk «crossover»-eksponent bestemt for første gang. Denne fastlegger formen på fasegrensen mellom de to strukturelle fasene i prototype- substansen SrTiO3. Metoden ble senere anvendt av Müller på andre substanser. I samarbeidet med Stokka ble det i 1980 utviklet en ny type datamaskinstyrt apparatur for måling av varmekapasitet i faststoff under høyt trykk.

Under oppholdet i USA i årene 1975–1976 tok Fossheim og medarbeiderne K. Kajimura, R.L. Melcher, og N. Shiren opp forskning på høyfrekvent signalkommunikasjon og signallagring ved elektroakustiske metoder i pulversubstans. En omfattende artikkel om dette nye fenomenet ble publisert i Physical Review. Ved NTH utviklet han deretter, sammen med Rune Holt, en ny metode for ultralydstudier av faste legemer og væsker ved fasekonjugert ultralyd. Metoden er senere kopiert av andre grupper for bruk innen medisin og med optiske bølger i stedet for ultralyd. Fossheim/Holt-metoden gir et nytt redskap for å reversere ultralydbølger slik at forvrenging av bølgefronten som skjer i inhomogene media blir «reparert» på veien tilbake til signalgenererende omformer hvor signalet nå kan observeres korrekt. Arbeidet med Holt ble publisert i den amerikansk bokserien Physical Acoustics, vol 16.

Fossheims gruppe utviklet nye metoder, og gjennomførte ultralydstudier av materialers egenskaper ved overflatebølger, både ved faseoverganger og ved utvikling av lys-sensitive akustiske metoder. Samtidig med disse arbeidene startet Fossheim utvikling av et akustisk mikroskop som avbilder indre struktur av vev og faste materialer, og viste blant annet at den indre kornstrukturen i metaller kunne avbildes med høy nøyaktighet.

Ved den internasjonale evalueringen av norsk faststoff-fysikk som Forskningsrådet gjennomførte i 1986 (Fischer-rapporten), ble Fossheims forskning karakterisert som «uniquely successful».

Forskning på høytemperatur superledere

Etter oppdagelsen av såkalte høytemperatur superledere av Bednorz og Müller i 1986, ble samarbeidet med disse fornyet, like i forkant av at nobelprisen i fysikk for 1987 ble delt mellom de to IBM-forskerne. Dette ble starten på en aktiv 15-års periode med forskning på høytemperatur kuprat superledere hvor en rekke doktorander ble uteksaminert fra Fossheims gruppe.

I Fossheims laboratorium ved NTH ble det utviklet en rekke eksperimentelle metoder for denne forskningen. Forskningen ble konsentrert om å granske de magnetiske egenskapene i superledere med tanke på å gjøre de nye materialene gode nok til transport av store strømstyrker med minimalt tap av elektrisk energi. Med en felles betegnelse taler en om vortex-dynamikk. Magnetisk fluks trenger inn i materialene i form av sterkt lokaliserte strenger av superflytende strømrotasjon, kalt vortexer. Studier og kontroll av oppførselen til disse er det sentrale temaet. Han tok også initiativet til en forskningskonstellasjon som var uvanlig ved NTH i den tiden, hvor fysikk, elektro og kjemi delte forskningsrådsressursene, noe som skapte et tverrfaglig miljø for doktorgradsstudier og forskning. I sammenheng med denne konstellasjonen ble det utdannet over 20 doktorander innen feltet.

Ved en internasjonal konferanse som Fossheim arrangerte på Røros i 1991, ble grunnlaget lagt til et nordisk forskningsprogram på superledere, med deltakelse fra store industribedrifter og nasjonale forskningsråd i Norden. Fossheim ble invitert av EU til å bistå i utviklingen av et større forskningsprogram som gikk over flere år. Han deltok senere i flere internasjonale programmer finansiert av EU og European Science Foundation.

Gjennom invitasjon fra Kajimura til Japan ble Fossheims internasjonale nettverk utvidet mot flere framstående forskningsgrupper i Japan, med utveksling av doktorstudenter og postdocs. I 1990 ble Fossheim invitert til å gjennomføre en serie forelesninger ved universiteter og store industrielle forskningssentra i Japan fra Hokkaido til Hiroshima. Ved Gro Harlem Brundtlands besøk i Japan i 1991 utpekte Universitetsrådet Fossheim som den medfølgende representant for aktivt norsk forskningssamarbeid med Japan. Han mottok senere en medalje fra Faculty of Engineering, University of Tokyo for samarbeidet med dette universitetet. Fossheim var juryformann ved tildeling av Belgias største forskerpris i 2005, en pris som deles ut hvert femte år.

Fossheim har også skrevet en omfattende lærebok i superlederfysikk i samarbeid med Asle Sundbø som kom ut på det anerkjente internasjonale forlaget Wiley & Sons: Superconductivity. Physics and Applications. Boken er i dag et kjent læreverk blant superlederforskere verden over.

Som preses i DKNVS tok Kristian Fossheim initiativet og ledet arbeidet med opprettelsen i 2011 av den internasjonale forskningsprisen på 1 mill kr,, Gunnerusprisen for Bærekraft (Gunnerus Sustainability Science Award): Første utdeling skjedde i 2012, da prisen ble tildelt den indisk fødte professoren Kamal Bawa fra University of Massachusetts. Den er siden utdelt to ganger til.

Historikken bak denne prisen daterer seg tilbake til 2006 da Fossheim som visepreses i DKNVS tok det første initiativet til å opprette en internasjonal forskningspris i Trondheim

I 2013 publiserte han boken om 10 nobelprisvinere i fysikk, basert på samtaler med hver enkelt av disse, på Springer forlag: Kristian Fossheim, Superconductivty: Discoveries and Discoverers. Ten Physics Nobel Laureates Tell Their Story.

Fossheim ble i 2020 utnevnt til ridder av 1. klasse av St. Olav Orden. Under tildelinger ble også hans brede samfunnsengasjement, med vitenskapelig formidling, kulturelle initiativ av historisk karakter trukket fram, blant annet Spelet om Audun Hugleiksson i Jølster, initiativet til monumentet Reflexions i Museumsparken, hans arbeid sammen med ledelsen av det store 250-års jubileet i Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab i 2010 og opprettelsen av Gunnerusprisen i 2011.

Formidling

Fossheim har vært en ivrig forkjemper for matematikkens plass i norsk skole, med kronikker og debattinnlegg.

Han har gjennom store deler av sin karriere vært opptatt av en bredere horisont enn den rent faglige, gjennom kronikker over et stort spekter av emner, ved popularisering av forskning gjennom aviser, tidsskrifter, radio og TV. En samling av slike trykte framstillinger foreligger redigert av Ingun Kjelsvik Holøyen. Eksempler på temaer er biografier og initiativ knyttet til spelet om baron Audun Hugleiksson, feiring av matematikeren Sophus Lie på hans fødested Nordfjordeid, biografi over nobelprisvinneren Ivar Giæver, foredrag om komponisten Johannes Haarklou osv.

Verv i norsk og internasjonal forskning

Fossheim har hatt en rekke verv og posisjoner i norsk og internasjonal forskning som for eksempel bestyrer av Fysikkseksjonen ved NTH, varaordfører i Rådet for Naturvitenskapelig Forskning i Forskningsrådet gjennom flere år. Han var også drivkraften til opprettingen av det første nasjonale program for forskning innen kondensert materie. Videre var han første leder av NTHs komité for Japan-samarbeidet, medlem av SINTEFs Råd, medstifter av en anvendt fysikkavdeling i SINTEF, og visepresident i Norsk Fysisk Selskap. Han var også første leder av Forskerakademiet ved UNIT, med overordnet ansvar for forskerutdanning og forskningsstrategi for universitetet 1991–93. Fossheim var dermed i realiteten den første prorektor for forskning ved Universitetet i Trondheim. Statsråd Gudmund Hernes foreslo opprettelsen av Forskerakademier ved universitetene i Norge, og knyttet tittelen prorektor for forskning til dette. I denne perioden ble de nasjonale normene og reglement for moderne doktorgradsutdanning utarbeidet. Forskerakademiet tok også flere viktige tiltak som ennå i 2010 har betydning ved NTNU.

I tiden 2005-2010 var Fossheim visepreses i Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab (DKNVS). Her fikk han oppdraget å lede planleggingen og gjennomføringen av 250- års jubileet for selskapet i året 2010. Ett av prosjektene var reising av et monument i Museumsparken ved Vitenskapsmuseet. Monumentet Reflexions som Fossheim ledet komite og jury for, er en ny og moderne attraksjon for Trondheim.

Priser

Kristian Fossheim har gjennom sin karriere konsekvent brukt nynorsk i undervisning, skriftlige framstillinger og taler på norsk språk. For dette mottok han Sogn og Fjordane fylkes Målpris første gang den ble tildelt i 1989, med spesiell vekt på at dette skjedde i et teknologisk miljø der nynorsk er lite brukt. Fossheim har også mottatt Fridtjof Nansens belønning for yngre forskere i 1977, og Allforskprisen, formidlingspris, fra Trondheim kommune og NTNU i 2003.

I 2015 mottok han, sammen med professor Steinar Supphellen, Det Kongelige Norske Videnskabers Selskabs høyeste utmerkelse Gunnerusmedaljen, for sitt arbeid med selskapets 250-årsjubileum.

I 2020 ble Fossheim utnevnt til ridder av første klasse av St. Olavs Orden.

Eksterne lenker

• (no) Publikasjoner av Kristian Johan Fossheim i forskningsdokumentasjonssystemet Nasjonalt vitenarkiv (NVA)
• (no) Publikasjoner av Kristian Johan Fossheim i BIBSYS
• Kristian Johan Fossheims privatarkiv finnes ved NTNU Universitetsbiblioteket

Autoritetsdata