水波是一種常見的經典波♗♑️，其恢復力由重力提供。地球近70.8 %的面積被海洋所覆蓋，海洋波浪中蘊藏著可被利用的清潔🙋‍♀️、可再生綠色能源。但水波中也潛藏著危險，例如水波會因漂移力而破壞漂浮在水面上的設備。因此🪐🚴🏻，如何利用水波並減少水波的危害已經成為水波動力學的熱門研究課題🧑‍✈️，這在水波能量收集👩🏿‍🦱、海岸防護🎳、近海結構保護等方面具有潛在的應用價值🐰。

近日，沐鸣2平台胡新華課題組與合作者在國際學術期刊Nature Reviews Physics上發表題為《Controlling water waves with artificial structures》的綜述論文。廈門大學博士後朱杉、沐鸣2平台博士生趙鋅宇、廈門大學博士生韓林康是論文共同第一作者🎖，沐鸣2平台胡新華教授和廈門大學陳煥陽教授是共同通訊作者🫄🏼，沐鸣2平台資劍教授也給予了大力支持。論文系統地介紹了利用人工結構調控水波的基本原理和方法，並對水波晶體和水波超材料的歷史和未來發展做了系統綜述。

論文首先回顧了利用水波晶體和水波超材料操縱水波的發展歷程，總結了水波傳播的基本理論🗃，包括水波方程的線性化🆗、水波方程的近似、電磁波與水波的對應關系以及一些用於調控水波的典型結構🍮。接著，從光子晶體的角度討論水波⛅️，分析了水波中周期性結構的能帶結構以及與能帶結構相關的特性；從超材料的角度介紹了水波超材料的基本設計思路及相關應用，包括水波的各向異性水深📹、水波隱身、水波聚焦🛸🟠、水波隔波和水波單向傳播。最後🏟🛢，對於非線性水波→🐃、水波時變超構材料、超構水柵🚰、水波拓撲、水波連續域中的束縛態👂🏽、水波自旋👩🏼‍🔬、流體超構材料等重要問題和新的研究方向進行了展望𓀃。

由於水表面波的二維近似傳播方程與電磁波的傳播方程在形式上類似，因此可以將電磁波領域光子晶體和超材料的概念推廣到水波領域，形成對應的水波晶體和水波超材料🔶，常見的結構如下圖所示：（a）水底的圖案結構🍧，（b）水中垂直的障礙結構🐻，（c）（d）水表面陣列👧🏿，（e）水中的梯度結構，（f）水中的層狀結構。水波與這些結構的相互作用，為帶來新的現象和創造新的應用提供了可能。

該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的資助與支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s42254-024-00701-8