Hva er de forskjellige bruksområdene for metamaterialer?

Metamaterialer er laboratoriefremstilte materialer som kan bøye elektromagnetiske bølger i motsetning til noe annet stoff som finnes i naturen. Et aspekt av dem er at slike materialer kan bøye lysstråler i motsatt retning, en egenskap kjent som negativ brytningsindeks. Ettersom forskjellige typer metamaterialer lages ved hjelp av datamaskiner for å simulere og bygge nanoskala-strukturen, realiseres flere anvendelser av metamaterialer. De kan brukes til å lage miniaturiserte antenner og kommunikasjonssystemer; presise bildesystemer i produksjon, forsvar og medisin; i tillegg til å bli brukt i militære og romfartsapplikasjoner. Tilhetting av metallmateriale er også blitt teoretisert for å bøye lyset rundt en gjenstand for å gjøre det usynlig.

Konseptet med disse materialene er basert på at elektromagnetiske bølger blir påvirket av interaksjoner med atomer og molekyler i naturen. I en sub-mikroskopisk skala kan spesifikke materialer endres for å påvirke oppførselen til disse bølgene til de virker på en måte de normalt ikke gjør. Det er laget objekter en brøkdel på størrelse med en lys bølgelengde, noe som gjør det mulig å manipulere elektromagnetiske bølger i en rekke bruksområder. En av anvendelsene av metamaterialer er bruken av dem i antenner som kan etses på kretskort og tar svært liten plass. Miniatyrenheter som bruker antenner er derfor mulige, i tillegg til mindre kretsløp som styrer bredbåndsfrekvenser og faseforskyvning i elektronikk.

Metamaterialer kan også brukes i bildesystemer som fungerer med oppløsninger større enn grensene for lysbølgelengdestørrelse. Bruken av metamaterialer i disse tilfellene spenner fra å øke tettheten av små elektroniske komponenter til presise medisinske bildesystemer så vel som inspeksjonsinnretninger for produksjon. Metaflater konstruert av elektromagnetiske bølgeforandrende materialer er organisert slik at småskala geometri påvirker hvordan bølgene beveger seg. Stoffene de er konstruert med har ikke så stor innvirkning.

Antennesystemer og kommunikasjonselektronikk i satellitter kan også inneholde metamaterialer. Nyttelaststørrelsen er minimert, noe som gjør det lettere å sette i gang en mindre satellitt, og rimeligere å designe og bygge den. Bruksområder av metamaterialer inkluderer også mindre sikkerhetsutstyr og enheter som brukes av militæret. Forskere har til og med brukt metamaterialer til teorien om å kappe eller bøye lys slik at et objekt blir usynlig. Så langt fra 2011 har ingeniører kunnet kappe en bølgelengde om gangen, men har teoretisert bruken av metamaterialer for å forbedre ytelsen til trådløse enheter, minnelager og optiske linser.