量子磁性系统的相变研究近年来在理论上进展迅速，从具有拓扑序的量子自旋液体到超越朗道-金兹伯格对称性破缺理论的去禁闭量子临界点以及具有涌现连续对称性的新型一级相变，新的结果不断出现。
这些理论发展对实验研究提出了新的需求和挑战，在材料的制备方面，如阻挫磁体材料，在生长和合成上比常规材料更加困难；在物性测量方面，理论上预测的新物态往往是在低温、高压、强磁场等极端条件下才能出现，而综合极端条件下的物性测量，如本研究采用的高压比热测量，在实验技术上具有挑战性。因而，关于量子磁性系统的新的实验研究结果无论对于理论还是实验研究都具有重要的意义。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孙力玲研究员、郭静副研究员、孟子杨研究员、李世亮研究员等与中科院物理所/波士顿大学Anders W. Sandvik（善德伟）教授和俄罗斯科学院高压物理研究所Vladimir A. Sidorov教授组成的国际合作团队，利用高压下比热测量的方法，研究了著名的阻挫磁体材料 SrCu2(BO3)2，第一次完整的获得了该系统随压力的变化从二聚体态 (Dimer-singlet state，DS) 到四聚体态 (plaquette-singlet state, PS) 再到反铁磁态 (antiferromagnet, AF) 的基态相图，填补了20多年来对该材料研究的空白。
该研究结果为理解不同基态之间的相变，尤其是四聚体态与反铁磁态之间可能存在的去禁闭量子相变提供了实验观测事实，为进一步的理论研究提供了动力。这项工作发表在最近一期 Physical Review Letters 上。
为了更好地解释 SrCu2(BO3)2 实验结果，善德伟教授，孟子杨研究员，中科院物理所研究生孙光宇、博士后马女森等人，设计了二维和三维 checkerboard J-Q 自旋模型来研究实验观测中从 PS 态到 AF 态的相变，并运用大规模量子蒙特卡洛模型计算了该模型在不同参数下的热力学行为。
如图2 (c) 所示，在三维的 Checkerboard J-Q 模型计算中，PS 态和 AF 态中的C/T数据，都具有随着温度的降低首先出现鼓包，然后出现热力学相变对应的小峰的信号，与实验观测吻合。从理论上讲，本研究的实验结果为下一步详细研究 PS 态到 AF 态之间的量子相变，和可能出现的去禁闭量子临界现象、分数化元激发等等量子物质科学新范式的代表性行为的材料实现，提供了切实的支持。