Co to jest metamateriał?

Metamateriał jest materiałem o specjalnych właściwościach wynikających raczej z jego struktury niż ze składu chemicznego. Najbardziej znanym metamateriałem są materiały o ujemnym współczynniku załamania światła, co oznacza, że ​​zginają światło „w niewłaściwy sposób” - to znaczy znacznie więcej niż jakikolwiek materiał o dodatnim współczynniku załamania światła.

Wszystkie materiały występujące w naturze mają dodatni współczynnik załamania światła. Materiały o ujemnym współczynniku załamania mają zastosowanie w „superklupach” - specjalnych soczewkach z potencjałem do rozpoznawania cech mniejszych niż długość fali światła widzialnego, oraz możliwych osłon niewidzialności, które kierują światło widzialne płynnie wokół obiektu, zamiast go absorbować lub odbijać w sposób konwencjonalny. Materiały te można również zastosować w plazmonice, nowym egzotycznym obszarze obliczeń, który wykorzystuje fale gęstości w nośnikach ładunku do obliczeń.

Większość metamateriałów jest wykorzystywana do zastosowań związanych z elektromagnetyzmem i optyką, takich jak sterowniki wiązki, modulatory, filtry pasmowoprzepustowe, soczewki itp. Są to powtarzające się siatki elementów komórkowych o wielkości w przybliżeniu równej długości fali promieniowania elektromagnetycznego próbują z nimi pracować. Tak więc metamateriał zaprojektowany do przekierowywania mikrofal miałby komórki w zakresie milimetrowym, podczas gdy metamateriał zaprojektowany do zastosowań w optyce miałby znacznie mniejsze komórki, w zakresie około 380 nm - 780 nm.

Metamateriały są często kojarzone z nanotechnologią, ponieważ małe powtarzające się struktury komórkowe stosowane w zastosowaniach optycznych są mierzone w nanometrach. Tworzenie metamateriałów może wymagać nowatorskich metod wytwarzania, które są możliwe tylko dzięki nanotechnologii. W miarę postępu nanotechnologii w nadchodzących dziesięcioleciach odblokuje nowe metamateriały i obniży ich koszty.

Istnieje co najmniej jeden znany naturalny metamateriał (ale nie ma naturalnych metamateriałów o ujemnym współczynniku załamania światła): opal. Opal składa się z krystobalitu, wysokotemperaturowego polimorfu kwarcu i tridymitu wytwarzanego podczas erupcji wulkanicznych. Powstały materiał składa się z ogromnej liczby maleńkich komórek mineralnych, które nieustannie przewracają się w stosunku do innych, tworząc efekt w skali makro pięknego wyświetlania wielu kolorów, a przede wszystkim jaskrawego niebieskiego.