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激光网2月28日消息，拓扑波结构是具有特定拓扑特性的波型，换句话说，在物理系统的平滑变形下保持不变的特性。这些结构，如漩涡和斯格明子，在物理学研究界引起了极大的关注。

虽然物理学家已经对各种波系统中的拓扑波结构进行了广泛的研究，但令人惊讶的是，他们最经典的例子仍未被探索。这些是在水或其他流体表面传播的水波、振荡或扰动。

RIKEN的研究人员最近开始通过提供对各种水波拓扑结构的描述来填补文献中的这一空白。他们的论文发表在《物理评论快报》上，提供了一个理论框架，可以为未来旨在模拟拓扑波现象的实验提供信息。

“近20年来，我一直在研究拓扑学上非平凡的波浪结构，如波浪涡旋，skyrmions等，”该论文的合著者Konstantin Y. Bliokh告诉 Phys。“首先，我专注于光学场，然后是量子电子波，最近是声波场。直到最近，我才意识到，对于最明显的经典波类型：水波，这种拓扑结构还没有被系统地研究过。

在他们的论文中，Bliokh和他的合作者提供了四种不同类型的拓扑波结构的理论描述。这些包括携带具有轨道和自旋贡献的量子化角动量的水波涡旋，在水面上形成的斯格米子格子和梅龙格子，以及时空水波涡旋和斯格明子。

“由于不同波动方程的数学相似性，主波现象对于不同性质的波具有普遍性，”Bliokh解释说。“在我们的案例中，我们必须将以前开发的电磁波、声学和量子力学波动方程的分析应用于描述水面线性波的方程。”

该团队最近的研究表明，经典水波可以表现出具有有趣物理特性的拓扑非平凡结构。他们在论文中概述的这些结构的理论描述可以为未来的流体力学研究和实验工作提供信息。

“在过去的几十年里，波涡旋在光学、声学和量子系统中发现了许多应用，”Bliokh说。“很自然地，这也将发生在流体动力系统中。特别是，我们期望水波涡旋的动力学特性可用于小颗粒的微流控操纵，包括生物医学物体。

除了为探索流体力学的新研究铺平道路外，这篇最近的论文还表明，水波可以成为模拟复杂波浪现象的强大工具，这些现象在其他波浪系统中难以观察到。Bliokh和他的同事们现在将尝试观察他们在实验室环境中理论上描述的结构。

“在我们接下来的研究中，我们计划通过实验观察水波结构，这些结构在我们的工作中被理论描述，”Bliokh补充道。“我们已经朝着这个目标取得了良好的进展。”

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