Wat is een metamateriaal?
Een metamateriaal is een materiaal met speciale eigenschappen die zijn afgeleid van zijn structuur in plaats van zijn chemische samenstelling. De bekendste metamaterialen zijn materialen met een negatieve brekingsindex, wat betekent dat ze licht "op de verkeerde manier" buigen - dat wil zeggen aanzienlijk meer dan enig materiaal met een positieve brekingsindex.
Alle in de natuur gevonden materialen hebben een positieve brekingsindex. Materialen met negatieve brekingsindex hebben toepassingen in "superlenzen" - speciale lenzen met het potentieel om functies op te lossen die kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht, en mogelijke onzichtbaarheidsmantels die zichtbaar licht soepel rond een object richten in plaats van het conventioneel te absorberen of te reflecteren. Deze materialen kunnen ook worden gebruikt in plasmonics, een exotisch nieuw computergebied dat dichtheidgolven in ladingsdragers voor berekeningen exploiteert.
De meeste metamaterialen worden gebruikt voor toepassingen met betrekking tot elektromagnetisme en optica, zoals bundelbesturing, modulatoren, banddoorlaatfilters, lenzen, enz. Het zijn herhaalde rasters van cellulaire componenten, met een celgrootte die ongeveer gelijk is aan die van de golflengte van elektromagnetische straling ze proberen mee te werken. Dus een metamateriaal dat is ontworpen om microgolven om te leiden zou cellen in het millimeterbereik hebben, terwijl een metamateriaal dat is ontworpen voor optische toepassingen veel kleinere cellen zou hebben, rond het bereik van 380 nm - 780 nm.
Metamaterialen worden vaak geassocieerd met nanotechnologie omdat de kleine zich herhalende celstructuren die worden gebruikt voor optische toepassingen worden gemeten in nanometers. Het maken van metamaterialen vereist mogelijk nieuwe fabricagemethoden, die alleen mogelijk worden gemaakt door nanotechnologie. Naarmate de nanotechnologie de komende decennia vordert, zal het nieuwe metamaterialen ontgrendelen en hun kosten verlagen.
Er is minstens één bekend natuurlijk metamateriaal (maar geen natuurlijke metamaterialen met een negatieve brekingsindex): het opaal. Het opaal is samengesteld uit cristobaliet, een hoge temperatuur polymorf van kwarts en tridymiet geproduceerd in vulkaanuitbarstingen. Het resulterende materiaal bestaat uit een groot aantal minuscule minerale cellen die constant ten opzichte van elkaar tuimelen, waardoor het macro-schaaleffect ontstaat van een mooie weergave van meerdere kleuren, vooral een briljant blauw.