In memoriam Jan Zaanen 1957-2024: Het universum in een korreltje roest
Donderdag 18 januari 2024 is onze gewaardeerde collega Jan Zaanen overleden. Jan was één van onze sterwetenschappers, groter dan het leven, met een ongegeneerd ongeremde gedrevenheid voor het beste van de natuurkunde bij het Instituut Lorentz, bij het Leids Instituut voor Natuurkunde en bij de gehele internationale wetenschappelijke gemeenschap. Zijn diep resonerende stem kondigde zijn aanwezigheid altijd al van verre aan, en we zullen hem en de diepe en provocerende inzichten, die hij zoveel jaren met ons deelde, enorm missen.
Jan was een wereldberoemde leider op het gebied van sterk gecorreleerde elektronensystemen en hoge Tc-supergeleiders in het bijzonder. Hoge Tc-supergeleiding werd in 1986 ontdekt in gelaagde koperoxiden --- schilfertjes koper-roest. Puur bij toeval waren deze koperoxiden – ook bekend als zogenaamde Mott-isolatoren; atomaire kristallen met precies één valentie-elektron per atoom --- het onderwerp van Jan's proefschrift onder leiding van George Sawatzky aan de Universiteit van Groningen in hetzelfde jaar 1986. Terwijl het klassieke natuurkundige beeld suggereert dat Mott-isolatoren met één vrij valentie-elektron metalen zouden moeten zijn, voelt elk extra elektron in echte materialen een afstotend potentieel als gevolg van het kwantummechanische Pauli-principe en moet het zich op een hoger energieniveau bevinden; daarom zijn het isolatoren. In zijn proefschrift liet Jan nauwkeuriger zien dat het de wisselwerking is tussen de neiging tot vloeien (de bandbreedte W) en de lokale afstotende krachten (Hubbard-potentiaal U) die de geleidende toestand van koper- en andere overgangsmetaaloxiden bepaalt in wat nu bekend staat als de Zaanen-Sawatzky-Allen-classificatie.
Jan vervolgde zijn carrière als postdoctoraal onderzoeker aan het Max Planck Instituut in Stuttgart, waar hij als erkenning voor zijn wetenschappelijke uitmuntendheid snel promoveerde tot lid van de wetenschappelijke staf. Hier deed Jan één van zijn meest beroemde en opmerkelijke ontdekkingen: de voorspelling van een “striped phase” in hoge Tc-supergeleiders. Omdat supergeleiders met een hoge Tc Mott-isolatoren zijn, moet men ze chemisch doteren (een deel van de kernen van zware metalen vervangen door buren in het periodiek systeem die één elektron minder hebben) om ze geleidend te maken. Bij doteringen die lager liggen dan de doping waar de overgang naar supergeleiding het hoogst is, rangschikken de magnetische spins van de geleidende elektronen zichzelf bij lage temperatuur in strepen (“stripes”), parallel aan de in het atoomrooster opgelijnde magnetische spins van de koperatomen. Dat was destijds controversieel, maar uiteindelijk bleek het inzicht van Jan experimenteel juist. Terecht worden deze Zaanen-Gunnarson-stripes specifiek genoemd als één van de redenen voor zijn Spinozapremie in 2006, de hoogste wetenschappelijke onderscheiding in Nederland.
Tijdens zijn tijd in Stuttgart was Jan Zaanen ook mede-uitvinder van LDA+U: de combinatie van de Local Density Approximation + de Hubbard-potentiaal U, dat een veel realistischer lokaal potentieel toevoegt dat door elektronen wordt gevoeld en nu een bekend hulpmiddel is in de kwantumchemie.
Een pracht-kans ontstond toen een subsidie van FOM Jan de mogelijkheid bood om zich aan te sluiten bij de beroemde Bell Labs, de bron van de meerderheid van de vele ontdekkingen waarop onze moderne elektronische en computermaatschappij berust. Met elf Nobelprijswinnende ontdekkingen was het ook de plek waar de grens van het natuurkundig onderzoek naar de gecondenseerde materie keer op keer werd doorbroken. Jan bloeide in deze sfeer van academische excellentie en raakte volledig geïntegreerd in de koerszettende gemeenschap die de mysteries van hoge Tc-supergeleiding probeerde te begrijpen.
Toen Bell Labs begin jaren negentig tijdens de onstuimige dereguleringen en reorganisaties werd ontmanteld, hadden wij het geluk dat Jan in 1993 met een prestigieuze KNAW-beurs voor het Instituut Lorentz aan de Universiteit Leiden koos, waar hij al snel hoogleraar werd. In de geest van de oprichters van het Instituut Lorentz, Paul Ehrenfest en Hendrik Lorentz, bestreek Jan de gehele theoretische natuurkunde, en meer, in zijn manifeste aanwezigheid op het Instituut. Trots leerde hij snaartheorie in deze latere fase van zijn carrière om te ontdekken waar het enthousiasme en de hype over ging, maar hij was net zo trots op het winnen van de Nationale Wetenschapsquiz van 2004. Zijn academische breedte en diepgang werden erkend door zijn selectie tot de redactieraad van zowel het tijdschrift Science als het tijdschrift Nature; hij schreef een flink aantal commentaren en News and Views-artikelen voor Nature, die achteraf gezien visionair en cruciaal zijn gebleken voor het bepalen van de richting van het vakgebied. Ook heeft hij de Colloquium Ehrenfestii-serie en het Lorentz-gasthoogleraarschap nieuw leven ingeblazen met college-series in Leiden van toekomstige Nobelprijswinnaars Duncan Haldane, Kip Thorne, Roger Penrose en anderen.
In recente jaren is Jan's idee van “Planckian dissipation” --- een stelling die hij zelf poneerde dat er een fundamentele kwantumgrens voor relaxatietijden in warmte-en-ladingstransport bestaat --- een voortdrijvende kracht geweest in de sterk-gecorreleerde-elektronen-gemeenschap. Het heeft geleid tot diepgaande inzichten in het besef dat sterke correlaties hand in hand moeten gaan met sterke kwantumverstrengeling, welke een nieuwe staat van “quantum supreme matter” definieert, in de terminologie van Jan. Opmerkelijk is dat dergelijke theorieën echt bestaan en wiskundig begrepen kunnen worden wanneer ze worden benaderd in een alternatieve duale holografische taal van zwarte gaten in de snaartheorie. Jan is ook een pionier op dit gebied en is co-auteur van het textboek uit 2015 “Holografische dualiteit voor de fysica van de gecondenseerde materie”. Met een vooruitziende blik die hemzelf zelfs verraste, maakte het de titel van zijn Spinoza-lezingen uit 2008 “Het universum in een korreltje [koper]roest” concreet.
Jan leefde voor de wetenschap. Zo kenden wij hem: een bijzondere wetenschapper wiens impact op het gebied van sterk gecorreleerde fysica van de gecondenseerde materie en hoge Tc-supergeleiding immens is geweest, een leider met een grenzeloze passie voor natuurkunde, die de lat hoog legde voor zichzelf en voor zijn collega's. Zelfs toen zijn ziekte verslechterde, slaagde hij erin memoires te schrijven als ook een boek “On Time” dat binnenkort zal verschijnen bij Oxford University Press. Zijn opgewekte enthousiasme kon even aanstekelijk als bruusk zijn; hij kon niet tegen “bureaucratisch geneuzel” en kon ervan genieten ondiplomatiek te zijn, maar we wisten dat hij altijd handelde in het belang van de pure wetenschap. Zijn afscheid laat een substantieel gat achter in het Instituut Lorentz. Jan blijft in onze gedachten met respect, waardering en met grote dankbaarheid voor wat hij heeft betekend voor de Leidse natuurkunde en wetenschap als geheel.
Condoleanceregister
Laat een bericht achter in het online condoleanceregister.