Wat is een metamateriaal?

Een metamateriaal is een materiaal met speciale eigenschappen afgeleid van zijn structuur in plaats van de chemische samenstelling.Het bekendste metamateriaal 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 materialen die in de natuur worden gevonden, hebben een positieve brekingsindex.Negatieve brekingsindexmaterialen hebben toepassingen in superlenzen - speciale lenzen met het potentieel om kenmerken op te lossen die kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht, en mogelijke onzichtbaarheidsmantels die zichtbaar licht soepel rond een object leiden in plaats van het te absorberen of conventioneel te reflecteren.Deze materialen kunnen ook worden gebruikt in Plasmonics, een exotisch nieuw computergebied dat dichtheidsgolven met ladingsdragers voor berekeningen exploiteert.

De meeste metamaterialen worden gebruikt voor toepassingen met betrekking tot elektromagnetisme en optica, zoals balksteerders, modulatoren, bandpasfilters, lenzen, enz. Ze herhalen roosters van cellulaire componenten, met een celgrootte die ongeveer gelijk is aan die van de golflengte van elektromagnetische straling waarmee ze proberen te werken.Dus een metamateriaal dat is ontworpen om microgolven om te leiden, zou cellen in het millimeterbereik hebben, terwijl een metamateriaal ontworpen voor optische toepassingen veel kleinere cellen zou hebben, rond het bereik van 380 nm - 780 nm.Structuren die worden gebruikt voor optische toepassingen worden gemeten in nanometers.Het creëren van metamaterialen kan nieuwe fabricagemethoden vereisen, alleen mogelijk gemaakt door nanotechnologie.Naarmate de nanotechnologie de komende decennia vordert, zal het nieuwe metamaterialen ontgrendelen en hun kosten verlagen.

Er is ten minste één bekende natuurlijke metamateriaal (maar geen natuurlijke metamaterialen met een negatieve brekingsindex): het opaal.Het opaal bestaat uit cristobaliet, een polymorf op hoge temperatuur van kwarts en tridymiet geproduceerd in vulkaanuitbarstingen.Het resulterende materiaal bestaat uit een groot aantal kleine minerale cellen die constant tuimelen in relatie tot een ander, waardoor het macro-schaaleffect ontstaat van een prachtige weergave van meerdere kleuren, het meest prominent een briljant blauw.