metaalmateriaal

Metamaterialen zijn artificiële materialen waarvan de macrowerking voornamelijk afhangt van hun doordachte microstructuur in plaats van alleen van de chemische samenstelling. Door patronen van structuurelementen met afmetingen kleiner dan de golflengte waarmee ze interageren, kunnen metamaterialen eigenschappen vertonen die niet in natuurlijke materialen voorkomen, zoals een negatieve brekingsindex of sterke anisotropie.

Het concept dateert uit het theoretische werk van Veselago in 1967, die een materiaal beschreef met gelijktijdig negatieve permittiviteit en permeabiliteit. In experimenteel opzicht werden negatieve-index-materialen voor het eerst aangetoond in de vroege jaren 2000 met elektromagnetische metamaterialen opgebouwd uit resonante eenheden zoals split-ring resonators en koperdraden. Het veld is sindsdien uitgebreid naar optische frequenties en naar andere golfsystemen.

Metamaterialen worden vaak beschreven via effectieve parameters zoals ε_eff en μ_eff. Wanneer beide negatief zijn, kan de voortplanting van golven met een negatieve refractie optreden. Naast negatieve index bestaan er metamaterialen met bijzondere anisotropie, een tunbare respons en beperkte dispersie, en worden ook akoestische en mechanische metamaterialen ontwikkeld die geluid of trillingen manipuleren.

Toepassingen omvatten onder meer superlenzen die details kunnen tonen voorbij de diffractielimiet, cloaking-achtige effecten, verbeterde antennes en beamforming, en op maat gemaakte optische of radiogolven. Metamaterialen worden ook onderzocht voor sensors, filters en imaging-systemen, waarbij controle over fase en amplitude centraal staat.

Fabricage vereist nano- of microscopische patroonvorming met technieken als lithografie, dielektrische en metallische structuren, en soms 3D-printing of zelforganisatie. Uitdagingen zijn onder meer verliezen, beperkte bandbreedte, en schaalbaarheid voor commerciële toepassingen. Desondanks blijft het veld actief aan zowel fundamenteel begrip als praktische toepassingen werken.