Ett metamaterial är ett material med speciella egenskaper som härrör från dess struktur snarare än dess kemiska sammansättning. Det mest kända metamaterialet är material med negativt brytningsindex, vilket betyder att de får ljus att böjas ”på fel sätt” – det vill säga betydligt mer än något material med positivt brytningsindex.
Material med negativt brytningsindex har tillämpningar i ”superlinser” – speciella linser med potential att lösa upp särdrag som är mindre än våglängden för synligt ljus, och möjliga osynlighetsmantel som riktar synligt ljus smidigt runt ett föremål istället för att absorbera eller reflektera det på konventionellt sätt. Dessa material kan också användas i plasmonics, ett exotiskt nytt datorområde som utnyttjar densitetsvågor i laddningsbärare för beräkningar.
De flesta metamaterial används för tillämpningar relaterade till elektromagnetism och optik, såsom strålstyrare, modulatorer, bandpassfilter, linser, etc. De är repeterande rutnät av cellulära komponenter, med en cellstorlek som är ungefär lika stor som våglängden för elektromagnetisk strålning de försöker arbeta med. Så ett metamaterial utformat för att omdirigera mikrovågor skulle ha celler i millimeterområdet, medan ett metamaterial utformat för optikapplikationer skulle ha mycket mindre celler, runt intervallet 380 nm – 780 nm.
Metamaterial förknippas ofta med nanoteknik eftersom de små repeterande cellstrukturerna som används för optikapplikationer mäts i nanometer. Att skapa metamaterial kan kräva nya tillverkningsmetoder, som endast är möjliga genom nanoteknik. När nanotekniken utvecklas under de kommande decennierna kommer den att låsa upp nya metamaterial och sänka deras kostnader.
Det finns åtminstone ett känt naturligt metamaterial – opalen. Opalen består av cristobalit, en högtemperaturpolymorf av kvarts och tridymit som produceras i vulkanutbrott. Det resulterande materialet består av ett stort antal små mineralceller som ständigt tumlar i förhållande till en annan, vilket skapar den makroskaliga effekten av en vacker visning av flera färger, mest framträdande en lysande blå. Forskningen om naturliga opaler och metamaterialkvaliteter pågår.