I metamateriali sono materiali realizzati in laboratorio che possono piegare le onde elettromagnetiche a differenza di qualsiasi altra sostanza presente in natura. Un aspetto di questi è che tali materiali possono piegare i fasci di luce nella direzione opposta, una proprietà nota come indice di rifrazione negativo. Poiché vengono creati diversi tipi di metamateriali con l’ausilio di computer per simulare e costruire la struttura su scala nanometrica, vengono realizzate più applicazioni dei metamateriali. Possono essere utilizzati per realizzare antenne miniaturizzate e sistemi di comunicazione; sistemi di imaging precisi nel settore manifatturiero, della difesa e della medicina; oltre ad essere utilizzato in applicazioni militari e spaziali. È stato anche teorizzato che l’occultamento metamateriale pieghi la luce attorno a un oggetto per renderlo invisibile.
Il concetto di questi materiali si basa sulle onde elettromagnetiche che sono influenzate dalle interazioni con atomi e molecole in natura. Su scala submicroscopica, materiali specifici possono essere modificati per influenzare il comportamento di queste onde finché non agiscono in un modo che normalmente non fanno. Sono stati creati oggetti delle dimensioni di una frazione della lunghezza d’onda della luce, rendendo possibile la manipolazione delle onde elettromagnetiche in una varietà di applicazioni. Una delle applicazioni dei metamateriali è il loro uso in antenne che possono essere incise su circuiti stampati e occupano pochissimo spazio. Sono quindi possibili dispositivi in miniatura che utilizzano antenne, nonché circuiti più piccoli che controllano le frequenze a banda larga e lo sfasamento nell’elettronica.
I metamateriali possono essere utilizzati anche nei sistemi di imaging che operano a risoluzioni superiori ai limiti delle dimensioni della lunghezza d’onda della luce. Le applicazioni dei metamateriali in questi casi vanno dall’aumento della densità di piccoli componenti elettronici a precisi sistemi di imaging medico e dispositivi di ispezione per la produzione. Le meta-superfici costruite con materiali che alterano le onde elettromagnetiche sono organizzate in modo che la geometria su piccola scala influenzi il modo in cui le onde si muovono. Le sostanze con cui sono costruite non hanno lo stesso impatto.
Anche i sistemi di antenne e l’elettronica di comunicazione nei satelliti possono incorporare metamateriali. La dimensione del carico utile è ridotta al minimo, rendendo più facile il lancio di un satellite più piccolo e meno costoso progettarlo e costruirlo. Le applicazioni dei metamateriali includono anche apparecchiature e dispositivi di sicurezza più piccoli utilizzati dai militari. Gli scienziati hanno persino applicato i metamateriali alla teoria dell’occultamento, o curvatura della luce in modo che un oggetto diventi invisibile. Finora, a partire dal 2011, gli ingegneri sono stati in grado di mascherare una lunghezza d’onda alla volta, ma hanno teorizzato applicazioni di metamateriali per migliorare le prestazioni di dispositivi wireless, memoria e lenti ottiche.