Elektromagnetische Metamaterialien sind Verbindungen, die so konstruiert sind, dass sie einzigartige strukturelle und chemische Eigenschaften aufweisen, die den Materialien selbst nicht eigen sind. Es entstehen nanoskalige Oberflächen, die die Reaktion des Metamaterials auf gewöhnliches Licht sowie andere Strahlungsarten wie Mikrowellenstrahlung dadurch beeinflussen können, dass die Strukturmerkmale kleiner sind als die tatsächliche Wellenlänge der Strahlung. Zu den Eigenschaften, die solche elektromagnetischen Metamaterialien oft erzeugen, gehören einzigartige dielektrische Effekte sowie ein negativer Brechungsindex bei Silber-Metamaterialien, der verwendet werden könnte, um eine Superlinse herzustellen, die Merkmale von wenigen Nanometern auflösen könnte, oder verwendet werden, um das Innere von nicht magnetische Gegenstände.
Während elektromagnetische Metamaterialien ein breites Anwendungsspektrum haben, lag der Schwerpunkt der Forschung zu solchen Materialien seit 2011 auf der Mikrowellentechnik für fortschrittliche Antennen und andere magnetisch verwandte Systeme. Diese künstlich strukturierten Materialien sind in der Lage, in Gegenwart von Mikrowellenfeldern oder Terahertz-Infrarot-Feldern, die direkt zwischen dem Mikrowellen- und dem sichtbaren Lichtbereich des elektromagnetischen (EM)-Spektrums existieren, magnetische Eigenschaften zu entwickeln. Solche Materialien wären ansonsten nicht magnetisch, und die Anregung dieser Eigenschaft in ihnen wird in der Physik als Erzeugung von Linkshänder-(LH)-Verhalten bezeichnet. Die Schaffung eines solchen Verhaltens in nichtmagnetischen Geräten wäre für die Herstellung fortschrittlicher Filter und strahlverschiebender oder phasenverschiebender Elektronik von entscheidender Bedeutung.
Die Verwendung von Metamaterialien würde elektronische Komponenten weiter miniaturisieren sowie Schaltungen und Antennen selektiver empfänglich oder undurchlässig für verschiedene Bänder des EM-Bereichs machen. Ein Beispiel für eine Anwendung für eine feinere Kontrolle über elektromagnetische Wellen wäre die Global Positioning System (GPS)-Technologie, die ein genaueres Positionssignal senden oder blockieren könnte, als es derzeit in militärischen Ziel- und Störumgebungen möglich ist. Diese verbesserte Fähigkeit wird durch die Tatsache ermöglicht, dass elektromagnetische Metamaterialien eine künstlich strukturierte Materialform sind, die sowohl mit elektromagnetischen Umgebungswellen interagiert als auch diese kontrolliert, wodurch die Materialien sowohl zu Sendern als auch zu Empfängern werden.
Die Arten von Metamaterialien, die diese Eigenschaften zeigen, haben Strukturmerkmale, die im Angström-Maßstab oder in einer Größe von etwa einem Zehntel Nanometer konstruiert wurden. Dies erfordert gemeinsame Anstrengungen mehrerer Wissenschaftsbereiche, um solche Materialien herzustellen, darunter Physik, Chemie und Ingenieurwissenschaften in den Bereichen Nanotechnologie und Materialwissenschaften. Gold-, Silber- und Kupfermetalle sowie Plasmen und photonische Kristalle sind Materialien, die bei der Konstruktion solcher elektromagnetischen Metamaterialien verwendet wurden, und mit dem Fortschreiten der Wissenschaft findet die Verwendung von Metamaterialien zunehmende Anwendung im Bereich der Optik. Es wird vermutet, dass durch solche Metamaterialien schließlich eine Form eines elektromagnetischen Unsichtbarkeitsfeldes erzeugt werden könnte, bei dem sichtbares Licht um sie herum gebogen werden könnte, um ihre Anwesenheit zu verbergen.