Vad är ett metamaterial?
Ett metamaterial är ett material med speciella egenskaper härrörande från dess struktur snarare än dess kemiska sammansättning. Det mest kända metamaterialet är material med ett negativt brytningsindex, vilket innebär att de får ljusböjning "på fel sätt" - det vill säga betydligt mer än något material med ett positivt brytningsindex.
Alla material som finns i naturen har ett positivt brytningsindex. Negativa brytningsindexmaterial har applikationer i "superlinser" - speciella linser med potential att lösa funktioner som är mindre än våglängden för synligt ljus, och möjliga osynlighetskappor som riktar synligt ljus smidigt runt ett objekt snarare än att absorbera eller reflektera det konventionellt. Dessa material kan också användas i plasmonics, ett exotiskt nytt datorområde som utnyttjar densitetsvågor i laddningsbärare för beräkningar.
De flesta metamaterial används för applikationer som rör elektromagnetism och optik, såsom strålstyrning, modulatorer, bandpassfilter, linser, etc. De upprepar rutnät av cellkomponenter, med en cellstorlek som är ungefär lika stor som våglängden för elektromagnetisk strålning de försöker arbeta med. Så ett metamaterial som är utformat för att omdirigera mikrovågor skulle ha celler i millimeterområdet, medan ett metamaterial som är utformat för optikapplikationer skulle ha mycket mindre celler runt området 380 nm - 780 nm.
Metamaterial är ofta associerade med nanoteknologi eftersom de små upprepande cellstrukturerna som används för optikapplikationer mäts i nanometer. Att skapa metamaterial kan kräva nya tillverkningsmetoder, som endast är möjliga genom nanoteknologi. När nanoteknologin fortskrider under de kommande decennierna kommer den att låsa upp nya metamaterial och sänka deras kostnader.
Det finns minst ett känt naturligt metamaterial (men inga naturliga metamaterial med negativt brytningsindex): opalen. Opalen består av cristobalite, en högtemperaturpolymorf av kvarts och tridymit som produceras i vulkanutbrott. Det resulterande materialet består av ett stort antal små mineralceller som ständigt trumlar i förhållande till en annan, vilket skapar makroskaleffekten av en vacker visning av flera färger, framför allt en lysande blå.