Un metamateriale è un materiale con proprietà speciali derivate dalla sua struttura piuttosto che dalla sua composizione chimica. Il metamateriale più noto sono i materiali con un indice di rifrazione negativo, il che significa che fanno piegare la luce “nel modo sbagliato”, ovvero significativamente più di qualsiasi materiale con un indice di rifrazione positivo.
I materiali con indice di rifrazione negativo hanno applicazioni in “superlenti” – lenti speciali con il potenziale per risolvere caratteristiche più piccole della lunghezza d’onda della luce visibile e possibili mantelli dell’invisibilità che dirigono la luce visibile uniformemente attorno a un oggetto piuttosto che assorbirla o rifletterla in modo convenzionale. Questi materiali potrebbero essere utilizzati anche nella plasmonica, una nuova esotica area di calcolo che sfrutta le onde di densità nei portatori di carica per i calcoli.
La maggior parte dei metamateriali viene utilizzata per applicazioni relative all’elettromagnetismo e all’ottica, come orientatori di raggio, modulatori, filtri passa banda, lenti, ecc. Sono griglie ripetute di componenti cellulari, con una dimensione della cella approssimativamente uguale a quella della lunghezza d’onda della radiazione elettromagnetica stanno cercando di lavorare con. Quindi un metamateriale progettato per reindirizzare le microonde avrebbe celle nell’intervallo millimetrico, mentre un metamateriale progettato per applicazioni ottiche avrebbe celle molto più piccole, intorno all’intervallo 380 nm – 780 nm.
I metamateriali sono spesso associati alla nanotecnologia perché le minuscole strutture cellulari ripetitive utilizzate per le applicazioni ottiche sono misurate in nanometri. La creazione di metamateriali può richiedere nuovi metodi di fabbricazione, resi possibili solo attraverso la nanotecnologia. Man mano che la nanotecnologia progredisce nei prossimi decenni, sbloccherà nuovi metamateriali e ne ridurrà i costi.
Esiste almeno un metamateriale naturale noto: l’opale. L’opale è composto da cristobalite, un polimorfo ad alta temperatura di quarzo e tridimite prodotto nelle eruzioni vulcaniche. Il materiale risultante è costituito da un numero enorme di minuscole cellule minerali che ruotano costantemente l’una in relazione all’altra, creando l’effetto su macroscala di un bellissimo display di più colori, in particolare un blu brillante. Le ricerche sugli opali naturali e le qualità metamateriali sono in corso.