中國科學家實現水波單向傳播
2022-05-25 08:46 作者:符曉波 來源:科技日報 閱覽:
研究人員發現,橫磁場模式的麥克斯韋方程組和表面水波的亥姆霍茲方程具有相似性,通過對比發現介電常數張量和水深張量相互對應,因此可以通過控制不同地方的水深來實現不同的折射率分布。但該類比具有一定的局限性,只適用於均勻的重力系統。為了求解更加複雜的水波系統,研究人員推導出了一般情況下的淺水波動方程,它不僅適用各向異性且非均勻的水深,也適用非均勻重力系統。
研究中,他們提出並設計了一種一維凹槽陣列,首次實現水波局域化和單向傳播,並在此基礎上,凝練出「負水深」和「水波極化激元」新概念,為變換流體力學提供了新的見解。
「該裝置可以等效為各向異性水深和負水深。」陳煥陽解釋,該研究將電磁波中激發單向傳播的等離激元方法推廣到水波中,激發出單向傳播的水波。金屬之所以能在其表面激發出高度局域化的等離激元,是因為金屬在特定頻段的介電常數為負數,但是自然界中沒有「負」水深的存在,而研究人員通過研究發現由剛體構成的一維凹槽陣列可以等效為負的水深,從而可以激發出單向傳播的水波。
這項研究成果表明,水波可被資訊化,有可能實現水波單向傳輸和水體淨化等重要應用,同時具有潛在的海洋運輸價值。