高压比热研究量子磁性相变

SrCu2(BO3)2 在常压下材料中的 Cu2+ 离子因为反铁磁相互作用形成自旋单态 (dimer-singlet)， 整个系统由于 inter-dimer 反铁磁相互作用强于 intra-dimer 反铁磁相互作用，处于二聚体顺磁状态。SrCu2(BO3)2在压力下，inter- 和 intra-dimer 相互作用的相对大小可以发生变化，使得二聚体态有可能经过相变进入四聚体态，即晶格中四个最近临的自旋形成 plaquette singlet, 系统发生平移对称性破缺。高压比热测量是探测量子态及其相关竞争现象最直接和有效的测量方法。我们利用高压下比热测量的方法，对阻挫磁体材料 SrCu2(BO3)2进行了系统的研究，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【Physical Review Letter 124, 206602 (2020)】上。