Kristian Johan Fossheim

Biografi

Hovedfag i eksperimentell fysikk fra Universitetet i Oslo 1964 innen faste stoffers fysikk. Doktorgrad innen faseoverganger i superledere og strukturelle systemer fra Universitetet i Oslo 1972. Førstemanuensis Norges tekniske høgskole i Trondheim 1970–1980. Professor samme sted 1980-2005 (NTNU fra 1996). Fossheim fulgte etter Sverre Westin, SINTEFs grunnlegger, som professor i teknisk fysikk. Han har ført fram en lang rekke kandidater til doktorgrad i fysikk ved NTH/NTNU. Pioner innen superlederforskning i Norge.
Fossheim har gjennom sin lange karriere vært gjesteforsker og gjesteprofessor ved en rekke av verdens mest fremragende sentra for studier av den faste materie, i USA, Europa og Japan: University of Maryland 1965–67, IBM Research Lab Zurich 1973 og 1975, IBM Thomas J Watson Research Centre, New York 1975–76, Electrotechnical Laboratory, Tsukuba, Japan 1990 og Superconductivity Research Laboratory, Tokyo samme år, National High Magnetic Field Laboratory, Florida 1994–95 og 1999–2000. Han har bl.a. derigjennom hatt et utstrakt samarbeid med en lang rekke framstående utenlandske forskere. Spesielt viktig var samarbeidet med den sveitsiske fysikeren, senere nobelprisvinneren K Alex Müller fra 1968, senere også den tyskfødte nobelprisvinneren J. Georg Bednorz fra 1987.

Forskning på faseovergang i faste stoff

Fossheim har på egen hånd, i samarbeid med forskere fra mange land, og sammen med sine egne doktorgradsstudenter, 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. Fossheim har særlig arbeidet med metaller, oksider og superledere. Ett av de store spørsmål i fysikken på 1960- og 70-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. Fossheim 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. Arbeidet ble senere fulgt opp i Oslo i aluminium. En spesialitet under dette arbeidet ble kontrollerte målinger ved temperaturer ned mot det absolutte nullpunkt. 
Etter retur til Oslo i 1967 tok Fossheim opp parallelt 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 selve prototypen på kooperative fenomener ved strukturendring i faststoff, og dette ble 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 1975-76 tok Fossheim og medarbeidere, 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 så Fossheim 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 av andre forskere igjen 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 Nobel-prisen 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 mye 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. Fossheim 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 bare deles ut hvert 5. år.
Før han søkte avskjed som professor ved NTNU skrev Fossheim i samarbeid med kollegaen Asle Sudbø en omfattende lærebok i superlederfysikk som kom ut på det anerkjente internasjonale forlaget Wiley & Sons: Superconductivity. Physics and Applications, i dag et kjent læreverk blant superlederforskere verden over. Hans internasjonale posisjon vises blant annet ved at han i en årrekke har vært utpekt til å oppsummere internasjonale vitenskapelige konferanser innen superlederfysikk.

Formidling

Fossheim har vært en ivrig forkjemper for matematikkens plass i norsk skole, med kronikker og debattinnlegg knyttet til dette. Å ta vare på talentene har ofte vært et tema i hans skriftlige og muntlige framstillinger.
Kristian Fossheim har gjennom store deler av sin karriere vært opptatt av å ha en bredere horisont enn den rent faglige, og har demonstrert evnen til dette ved bidrag til den offentlige debatt, gjennom kronikker over et stort spekter av emner, ved popularisering av forskning gjennom aviser, tidsskrifter, radio og TV, og gjennom taler og foredrag i mange fora. 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 Nobel-prisvinneren Ivar Giæver, foredrag om komponisten Johannes Haarklou osv.

Verv i norsk og internasjonal forskning

Kristian Fossheim har innehatt en lang rekke verv og posisjoner i norsk og internasjonal forskning. Det kan nevnes bestyrer av Fysikkseksjonen ved NTH, varaordfører i Rådet for Naturvitenskapelig Forskning i Forskningsrådet gjennom flere år, og ledelse av flere underkomiteer der. Fossheim var drivkraften til opprettingen av det første nasjonale program for forskning innen kondensert materie, som gav en betydelig styrking av dette viktige feltet i Norge. 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 fikk av Kollegiet (dvs Styret) ved Universitetet i Trondheim (UNIT) i oppdrag å være den første leder av Forskerakademiet ved UNIT, med overordnet ansvar for forskerutdanning og forskningsstrategi for universitetet 1991–93. Dette organet samordnet, utformet og overvåket forskningsstrategi og forskerutdanning ved universitetet og samarbeidende institusjoner. Det hadde et råd på 30 medlemmer og et styre på 5, der prorektorene for enhetene ved UNIT satt. 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.
Fra og med 2005 var Kristian Fossheim valgt som visepreses i Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab (DKNVS), et verv han har ut 2010. Her fikk han oppdraget å lede planleggingen og gjennomføringen av 250- års jubileet for selskapet i året 2010. Det foreligger omfattende informasjon om dette på DKNVSs hjemmesider. 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 hele 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.