#今天2022世界海洋日#
当大量塑料垃圾进入海洋，污染水源排入海洋，造成诸如鱼类死亡、珊瑚白化、海水污浊等不可逆的后果，我们能为海洋做些什么？
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【厦大团队首次实现水波局域化和单向传播，提出“水波极化激元”新概念，可用于近海海洋运输及水体净化等】

海洋是地球上的重要生物环境之一，若能对海水表面的水波传播方向进行人为地控制，不仅可以极大改善海水对周围电气设备的损耗现象，而且能够方便人类在海洋中的各项活动，还将助力海洋环境的保护行动。

近日，厦门大学物理科学与技术学院陈焕阳教授课题组运用人工表面等离激元（Spoof-surface plasmon polariton）的理论方法，开发了一种可以等效为各向异性水深和“负水深”的超材料结构一维凹槽阵列，首次实现水波局域化和单向传播，并在此基础上提出“水波极化激元”的新概念，扩展了人类流体力学的认识。此外，该团队针对各向异性水深和重力变化的情况，提出了适用于各向异性且非均匀的水深以及非均匀重力系统的一般浅水波方程。

相关研究论文以《水波极化激元》（Water Wave Polaritons）为题发表在 Physical Review Letters 上，并入选该刊当期的 Editors'Suggestion，在首页以及 Physics 杂志获得展示，陈焕阳担任通讯作者。

超材料是由亚波长结构组成的人造材料，可用于实现惊人的电磁波功能现象。水波的波动方程在浅层条件下与电磁波的波动方程具有相似的形式，通过调节水面的相对深度可以实现不同的等效折射率，因此可以利用超材料来控制水波。近年来，人们利用超材料实现了水波的零折射率、负折射、能量集中和隐身等。

表面等离子体激元是高度局部化的表面存在于两种相反介质界面的波相同光频率下的介电常数，可应用于光场限制和亚波长分辨率成像等，但其存在制造困难和损耗较高的问题。人工表面等离激元不仅继承了自然表面等离子体激元的特性，而且具有低损耗和易于制造的特点，所以可以被视为是表面等离激元的超材料版本，应用前景更为广泛了。

受到这些成果及理论的启发，该团队在这项研究中用 3D 打印机设计制备了一种一维凹槽阵列的超材料结构，用这种一维凹槽阵列实现了水波表面的单向传播。其还称：“我们将电磁波中激发单向传播的等离激元方法延展到了水波之上。”

接着，研究人员使用商业软件 COMSOL Multiphysics 对一维凹槽阵列进行了数值模拟并提出解析解。结果表明，当源与一维凹槽阵列之间的距离很小时，右侧的表面极化激元强度远大于在左侧；当源与一维凹槽阵列之间的距离较大时，单向效应不那么明显。

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