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本研究の目的は多様なスピンと軌道の結合を記述する有効磁場をk・p理論の構築である。すでに理論的枠組みは強磁性半導体に対して構築しており、本年度ではその理論を強磁性半導体のキュリー温度の理論へ応用した。この取り組みによって交換相互作用を起源に持つスピン軌道結合 (交換スピン軌道結合) の基礎物性への重要性を明らかにした。
実績の詳細を順に述べる。発見した交換スピン軌道結合のキュリー温度での重要性を実験値との比較から研究し、理論値が実験値と本研究によって初めて同程度の値になることを発見した。先行研究では理論値と実験値の著しい乖離が問題となっていたが、このようにして交換スピン軌道結合の基礎物性における重要性を確かめた。
ついでキュリー温度において、鉄濃度依存性、電子密度依存性、母体半導体依存性など各種依存性を調べた。その結果、交換スピン軌道結合の発生機構と一貫した描像を各種依存性で得られた。実際、鉄濃度依存性ではキュリー温度が鉄濃度に比例することが確かめられた。電子密度においては、交換スピン軌道結合がバンド間遷移を必須要素として持つためにキュリー温度が電子密度にほとんど依存しない特性を発見した。母体半導体依存性では、InAs とInSbの二種類の母体半導体でキュリー温度を調べた。そして、交換スピン軌道結合が狭いエネルギーギャップの物質ほど強くなることから、より狭いギャップを持つ InSb で確かにInAs より高いキュリー温度を持つことが確かめられた。
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