The electronic structures and magnetic properties of Ⅲ-Ⅴ type dilute magnetic semiconductors(DMSs), such as (Ga,Mn)N and (Ca,Mn)As, are invested by the combination of first-principles calculations and the classical Heisenberg model. It is found that the range of the exchange interaction in (Ga,Mn)N, being dominated by the double exchange mechanism, is very short ranged due to the exponential decay of the impurity wave functions in the band gap.In the case of (Ga,Mn)As, where the p-d exchange mechanism dominates, the interaction range is weaker but long ranged,because the extended valence hole states mediate the ferromagnetic interaction.Curie temperatures (Tc) of (Ga,Mn)N and (Ga,Mn)As are calculated by using the mean-field approximation(MFA) and Monte-Carlo simulation(MCS). Our calculation results indicate that a magnetic percolation effect is very important to estimate Tc of DMS. If the concentration is low, the ferromagnetic network can not spread over the whole crystal.MFA, which does not take the magnetic percolation effect into consideration, strongly overestimate Tc.This situation corresponds to the case of (Ga,Mn)N.Even in (Ga,Mn)As, where the exchange interaction is longer ranged, the percolation effect is still important and MFA can not predict correct Tc.On the other hand,MCS results are in excellent agreement with experimental data for both (Ga,Mn)N and (Ga,Mn)As.
古典的ハイゼンベルグ模型と第一原理計算を用いて(Ga,Mn)N,(Ga,Mn)AsといったⅢ−Ⅴ族希薄磁性半導体（DMS）の電子状態と磁気特性について調べた。(Ga,Mn)Nでは二重交換相互作用が支配的であり、相互作用の範囲は不純物の波動関数の指数関数的な減少により小さいことが分かった。一方(Ga,Mn)Asではp-d交換相互作用が支配的で価電子帯のホール準位が強磁性的な相互作用を生み出し、その範囲は小さく、また力も弱いものだった。モンテカルロ法と平均場近似を用いることによってこの二つの物質のキュリー点を計算した。希薄磁性半導体のキュリー点においてはパーコレーションの効果を取り入れることが重要であることが分かった。もし、濃度が低ければ強磁性的なネットワークは全体の系に広がらない。MFAではパーコレーションの効果を取り入れることができないためにかなり大きくキュリー点を見積もってしまう。(Ga,Mn)N、(Ga,Mn)Asのどちらの物質でもそのような挙動が見られた。一方で、モンテカルロ法ではかなり実験に符号する結果が得られた。