Vizualizare sursă pentru „Metamaterial”

[[Fișier:Split-ring_resonator_array_10K_sq_nm.jpg|miniatura|220x220px| Configurație a matricei unui metamaterial cu indice negativ, care a fost construit din rezonatoare din cupru cu inele secționate și sârme montate pe panourile cuplate ale unui circuit din fibră de sticlă. Matricea totală este formată din celule elementare de 3 × 20 × 20, cu dimensiuni totale de 10 x 100 x 100 mm (0,39 x 3,94 x 3,94 țoli). <ref name="APhys1">{{Citat revistă|nume=Shelby|nume2=Smith D.R.|nume3=Shultz S.|nume4=Nemat-Nasser S.C.|prenume=R. A.|an=2001|titlu=Microwave transmission through a two-dimensional, isotropic, left-handed metamaterial|urlarhivă=https://web.archive.org/web/20100618193936/http://people.ee.duke.edu/~drsmith/pubs_smith_group/Shelby_APL_%282001%29.pdf|url=http://people.ee.duke.edu/~drsmith/pubs_smith_group/Shelby_APL_(2001).pdf|journal=Applied Physics Letters|volum=78|număr=4|pagină=489|bibcode=2001ApPhL..78..489S|doi=10.1063/1.1343489|archive-date=June 18, 2010}}</ref> <ref name="comp">{{Citat revistă|nume=Smith|nume2=Padilla|nume3=Vier|nume4=Nemat-Nasser|nume5=Schultz|prenume=D. R.|prenume2=WJ|prenume3=DC|prenume4=SC|prenume5=S|an=2000|titlu=Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity|journal=Physical Review Letters|volum=84|număr=18|pagini=4184–87|pmid=10990641|bibcode=2000PhRvL..84.4184S|doi=10.1103/PhysRevLett.84.4184}}</ref>]]
Un '''metamaterial''' (din cuvântul [[Limba greacă veche|grecesc]] μετά ''meta'', care înseamnă „dincolo de” și cuvântul [[Limba latină|latin]] ''materia'', care înseamnă „materie” sau „material”) este orice [[material de bază|material]] conceput să aibă o proprietate care nu se găsește în materialele naturale. Este realizat din ansambluri de elemente numeroase, făcute din materiale compozite precum metalele și plasticul. Materialele sunt de obicei dispuse în modele repetate, la scări mai mici decât [[Lungime de undă|lungimile]] de undă ale fenomenelor pe care le influențează. Proprietățile metamaterialelor derivă nu din proprietățile materialelor de bază, ci din structurile lor nou proiectate. [[Formă|Forma]], [[Configurație|configurația]], [[Dimensiune|dimensiunea]], [[Orientare (geometrie)|orientarea]] și aranjamentul lor precise le oferă proprietăți inteligente, capabile să manipuleze [[Electromagnetism|undele electromagnetice]] prin blocarea, absorbția, intensificarea sau îndoirea undelor, pentru a obține rezultate care depășesc ceea ce este posibil cu ajutorul materialelor convenționale.

Metamaterialele proiectate corespunzător pot afecta undele [[Radiație electromagnetică|radiației electromagnetice]] sau undele sonore într-un mod neobservat în cazul materialelor vrac. <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="metamaterialplasmonics1"/> <ref name="smithmetamaterials1">{{Citat web|url=http://people.ee.duke.edu/~drsmith/about_metamaterials.html|nume=Smith|titlu=What are Electromagnetic Metamaterials?|publisher=The research group of D.R. Smith|date=2006-06-10|accessdate=2009-08-19|archiveurl=https://web.archive.org/web/20090720003945/http://people.ee.duke.edu/~drsmith/about_metamaterials.html|first1=David R.|authorlink=David R. Smith|lucrare=Novel Electromagnetic Materials|archivedate=July 20, 2009}}</ref> Acele metamateriale care prezintă un indice de refracție negativ pentru anumite lungimi de undă au făcut obiectul unui număr mare de lucrări de cercetare. <ref name="AAAS2">{{Citat revistă|nume=Shelby|nume2=Smith|nume3=Schultz|prenume=R. A.|prenume2=D. R.|prenume3=S.|an=2001|titlu=Experimental Verification of a Negative Index of Refraction|journal=Science|volum=292|număr=5514|pagini=77–79|pmid=11292865|bibcode=2001Sci...292...77S|doi=10.1126/science.1058847}}</ref> <ref name="Pendry2004">{{Citat carte|nume=Pendry|prenume=John B.|legătură-autor=John Pendry|titlu=Negative Refraction|jurnal={{Ill-wd|Q2013930|3=Contemporary Physics}}|volum=45|număr=3|pagini=191–202|an=2004|url=http://www.cmth.ph.ic.ac.uk/photonics/Newphotonics/pdf/NegRef_submit.pdf|doi=10.1080/00107510410001667434|data-accesării=2009-08-26|isbn=978-0-691-12347-9|editură=Princeton University Press|bibcode=2004ConPh..45..191P|archive-date=2011-07-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20110717081434/http://www.cmth.ph.ic.ac.uk/photonics/Newphotonics/pdf/NegRef_submit.pdf|dead-url=yes}}</ref> <ref name="Veselago1">{{Citat revistă|nume=Veselago|prenume=V. G.|an=1968|titlu=The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ|journal=Physics-Uspekhi|volum=10|număr=4|pagini=509–514|bibcode=1968SvPhU..10..509V|doi=10.1070/PU1968v010n04ABEH003699}}
</ref> Acestea sunt cunoscute ca [[Metamaterial cu indice negativ|metamateriale cu indice negativ]].

Aplicațiile potențiale ale metamaterialelor sunt diverse și includ [[Filtru (optică)|filtre optice]], dispozitive medicale, aplicații aerospațiale la distanță, detectarea senzorilor și monitorizarea infrastructurii, gestionarea inteligentă a [[Energie solară|energiei solare]][[Controlul mulțimii|, controlul maselor]], {{Ill-wd|Q659994|3=radomuri}}, comunicații de înaltă frecvență pe câmpul de luptă și lentile pentru antene de mare câștig, îmbunătățirea[[Senzor de nivel|senzorilor ultrasonici]] și chiar structuri de protecție împotriva cutremurelor. <ref name="control_elastic_waves" /> <ref name="Thzoverview">
{{Citat revistă|nume=Rainsford|nume2=D. Abbott|nume3=Abbott|prenume=Tamath J.|prenume3=Derek|legătură-autor2=Derek Abbott|dată=9 March 2005|titlu=T-ray sensing applications: review of global developments|serie=Smart Structures, Devices, and Systems II|journal=Proc. SPIE|volum=5649 Smart Structures, Devices, and Systems II|număr=Poster session|pagini=826–38|editor1-last=Al-Sarawi|editor1-first=Said F|bibcode=2005SPIE.5649..826R|doi=10.1117/12.607746}}</ref> <ref name="Radome">{{Citat revistă|nume=Cotton|prenume=Micheal G.|dată=December 2003|titlu=Applied Electromagnetics|urlarhivă=https://web.archive.org/web/20080916114021/http://www.its.bldrdoc.gov/pub/ntia-rpt/tpr/2003/telecommunications_theory-03.pdf|url=http://www.its.bldrdoc.gov/pub/ntia-rpt/tpr/2003/telecommunications_theory-03.pdf|journal=2003 Technical Progress Report (NITA&nbsp;– ITS)|volum=Telecommunications Theory|număr=3|pagini=4–5|access-date=2009-09-14|archive-date=2008-09-16}}</ref> <ref name="radiation-properties">{{Citat revistă|nume=Alici|nume2=Özbay|prenume=Kamil Boratay|prenume2=Ekmel|an=2007|titlu=Radiation properties of a split ring resonator and monopole composite|journal=Physica Status Solidi B|volum=244|număr=4|pagini=1192–96|bibcode=2007PSSBR.244.1192A|doi=10.1002/pssb.200674505}}</ref> Metamaterialele oferă posibilitatea de a crea {{Ill-wd|Q3504693|3=superlentile}}. O astfel de lentilă ar putea permite captarea de imagini sub limita de difracție, care este rezoluția minimă ce poate fi obținută de lentilele convenționale de sticlă. O formă de „invizibilitate” a fost demonstrată folosind [[Demascare metamaterială|materiale cu indice de gradient]]. Metamaterialele acustice și seismice reprezintă, de asemenea, domenii de cercetare. <ref name="control_elastic_waves">{{Citat revistă|nume=Brun|nume2=S. Guenneau|nume3=and A.B. Movchan|prenume=M.|dată=2009-02-09|titlu=Achieving control of in-plane elastic waves|journal={{Ill-wd|Q621615|3=Appl. Phys. Lett.}}|volum=94|număr=61903|pagini=061903|bibcode=2009ApPhL..94f1903B|doi=10.1063/1.3068491}}</ref>

Cercetarea metamaterialelor este interdisciplinară și implică domenii precum [[Electrotehnică|inginerie electrică]], [[Electromagnetism|electromagnetică]], [[optică]] clasică, [[fizica stării solide]], ingineria microundelor și a antenelor, [[optoelectronică]], [[știința materialelor]], [[Nanotehnologie|nanoștiință]] și ingineria [[Semiconductor|semiconductorilor.]] <ref name="metamaterialplasmonics1"/>

== Istorie ==
Explorarea materialelor artificiale pentru manipularea [[Radiație electromagnetică|undelor electromagnetice]] a început la sfârșitul secolului al XIX-lea. Unele dintre cele mai vechi structuri care pot fi considerate metamateriale au fost studiate de [[Jagadish Chandra Bose]], care, în 1898, a cercetat substanțe cu proprietăți [[chiralitate|chirale.]] La începutul secolului al XX-lea, Karl Ferdinand Lindman a studiat [[Dispersia luminii|interacțiunea undelor]], având ca [[Chiralitate (chimie)|medii chirale]] artificiale helixurile metalice. 

La sfârșitul anilor 1940, Winston E. Kock de la [[Laboratoarele Bell]] a dezvoltat materiale care aveau caracteristici similare metamaterialelor. În anii 1950 și 1960, {{Ill-wd|Q184996|3=dielectricii}} artificiali au fost studiați în vederea [[Antenă cu microunde|antenelor cu microunde]] cu greutate redusă. Filtrele radar cu microunde au fost cercetate în anii 1980 și 1990 ca aplicații pentru medii chirale artificiale. <ref name="metamaterialplasmonics1"/> <ref>{{Citat revistă|nume=Zharov A. A., Zharova N. A.,Noskov R. E., Shadrivov I. V. and Kivshar Y. S.|dată=2005|titlu=Birefringent left-handed metamaterials and perfect lenses for vectorial fields|journal=New Journal of Physics|volum=7|număr=1|pagină=220|bibcode=2005NJPh....7..220Z|doi=10.1088/1367-2630/7/1/220}}</ref> <ref>Bowers J. A.; Hyde R. A. et al. "Evanescent electromagnetic wave conversion lenses I, II, III" US Patent and Trademark Office, Grant US-9081202-B2, 14 juli 2015, {{US patent|9081202}}</ref>

Materialele cu indice negativ au fost pentru prima dată descrise în mod teoretic de {{Ill-wd|Q1397993|3=Victor Veselago}} în 1967. <ref name="slyusarmeta"/> El a demonstrat că astfel de materiale pot [[Transparență|transmite lumină]]. El a arătat că [[viteza de fază]] ar putea deveni anti-paralelă cu direcția [[Vector de punctare|vectorului Poynting]]. Acest lucru este contrar [[Propagarea undelor|propagării undelor]] în materialele naturale. <ref name="Veselago1"/>

În 2000, {{Ill-wd|Q1376193|3=John Pendry}} a fost primul care a identificat o modalitate practică de a realiza un metamaterial „de stânga”, adică un material în care nu este respectată [[Regula mâinii drepte|regula mâinii drepte.]] <ref name="slyusarmeta"/> Un astfel de material îi permite unei unde electromagnetice să transmită energie (să aibă o [[Viteza grupului|viteză de grup]]) împotriva [[Viteza de fază|vitezei]] sale de fază. Ideea lui Pendry a fost că sârmele metalice aliniate de-a lungul direcției unei unde ar putea oferi [[Permitivitate (electromagnetism)|permitivitate]] negativă (funcție dielectrică ε < 0). Materialele naturale (cum ar fi [[Feroelectricitate|feroelectricele]]) prezintă permitivitate negativă; provocarea a fost obținerea permeabilității negative (µ < 0). În 1999, Pendry a demonstrat că un inel secționat (în formă de „C”) cu axa plasată de-a lungul direcției de propagare a undei putea face acest lucru. În aceeași lucrare, el a arătat că o rețea periodică de sârme și inele ar putea genera un indice de refracție negativ. Pendry a propus, de asemenea, un model asemănător de permeabilitate negativă, numit „[[rulou elvețian (metamaterial)|ruloul elvețian]]”.

În 2000, David R. Smith et al. au raportat demonstrația experimentală a funcționării metamaterialelor electromagnetice prin stivuirea orizontală, [[Funcție periodică|periodic]], arezonatoarelor cu inel secționat și a structurilor de sârmă subțire. În 2002 a fost prezentată o metodă de realizare a metamaterialelor cu indice negativ folosind linii de transmisie artificiale cu elemente comasate, în tehnologia [[Microbandă|microstrip.]] În 2003, utilizând metamateriale „de stânga”, au fost demonstrați indicele de refracție negativ complex (atât componenta reală, cât și cea imaginară) <ref>AIP News, Number 628 #1, March 13 Physics Today, May 2003, Press conference at APS March Meeting, Austin, Texas, March 4, 2003, New Scientist, vol 177, p. 24.</ref> și formarea de imagini cu ajutorul unei lentile plate <ref>{{Citat revistă|nume=Parimi|nume2=Lu|nume3=Vodo|nume4=Sridhar|prenume=P. V.|prenume2=W. T.|prenume3=P|prenume4=S|an=2003|titlu=Photonic crystals: Imaging by flat lens using negative refraction|journal=Nature|volum=426|număr=6965|pagini=404|pmid=14647372|bibcode=2003Natur.426..404P|doi=10.1038/426404a}}</ref>. Până în 2007, experimentele care implicau [[indicele de refracție negativ]] au fost efectuate de multe grupuri de oameni. <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="radiation-properties"/> În 2006, la frecvențele microundelor, a fost realizată prima [[Dispozitiv de acoperire|pelerină invizibilă]] imperfectă. <ref name="kock1">{{Citat revistă|nume=Kock, W. E.|an=1946|titlu=Metal-Lens Antennas|journal=IRE Proc.|volum=34|număr=11|pagini=828–36|doi=10.1109/JRPROC.1946.232264}}</ref> <ref name="kock2">{{Citat revistă|nume=Kock, W.E.|an=1948|titlu=Metallic Delay Lenses|journal=Bell Syst. Tech. J.|volum=27|pagini=58–82|doi=10.1002/j.1538-7305.1948.tb01331.x}}</ref> <ref name="caloz">{{Citat revistă|nume=Caloz, C.|nume2=Chang, C.-C.|nume3=Itoh, T.|an=2001|titlu=Full-wave verification of the fundamental properties of left-handed materials in waveguide configurations|url=http://xlab.me.berkeley.edu/MURI/publications/publications_9.pdf|journal=J. Appl. Phys.|volum=90|număr=11|pagină=11|bibcode=2001JAP....90.5483C|doi=10.1063/1.1408261|access-date=2021-11-30|archive-date=2021-09-16|archive-url=https://web.archive.org/web/20210916205833/http://xlab.me.berkeley.edu/MURI/publications/publications_9.pdf|dead-url=yes}}</ref> <ref name="IEEEMTT-V50">{{Citat revistă|nume=Eleftheriades, G.V.|nume2=Iyer A.K.|nume3=Kremer, P.C.|an=2002|titlu=Planar Negative Refractive Index Media Using Periodically L-C Loaded Transmission Lines|journal={{Ill-wd|Q15710002|3=IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques}}|volum=50|număr=12|pagini=2702–12|bibcode=2002ITMTT..50.2702E|doi=10.1109/TMTT.2002.805197}}</ref> <ref name="Caloz-V2">{{Citat carte|nume=Caloz, C.|nume2=Itoh, T.|titlu=Application of the Transmission Line Theory of Left-handed (LH) Materials to the Realization of a Microstrip 'LH line'|jurnal={{Ill-wd|Q5970286|3=IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium}}|volum=2|pagină=412|an=2002|doi=10.1109/APS.2002.1016111|isbn=978-0-7803-7330-3}}</ref>

== Metamateriale electromagnetice ==
Un metamaterial electromagnetic afectează [[Radiație electromagnetică|undele electromagnetice]] care interacționează sau au impact asupra caracteristicilor sale structurale, care sunt mai mici decât lungimea de undă. Pentru a se comporta ca un [[Mediu omogen|material omogen]] descris cu precizie de un [[indice de refracție]] eficient, caracteristicile sale trebuie să fie mult mai mici decât lungimea de undă. 

Pentru [[Microundă|radiația cu microunde]], caracteristicile sunt de ordinul milimetrilor. Metamaterialele cu frecvență de microunde sunt de obicei construite ca matrice de elemente conductoare (cum ar fi bucle de sârmă) care au caracteristici inductive și capacitive adecvate. Multe metamateriale cu microunde folosesc rezonatoare cu inel secționat . <ref name="smithmetamaterials1"/> <ref name="AAAS2"/>

[[Metamateriale fotonice|Metamaterialele fotonice]] sunt structurate la [[Nanometru|scară nanometrică]] și manipulează lumina la frecvențe optice. [[cristal fotonic|Cristalele fotonice]] și suprafețele selective în frecvență, cum ar fi [[rețea de difracție|rețelele de difracție]], [[Oglinda dielectrica|oglinzile dielectrice]] și [[Acoperire optică|straturile optice]] prezintă asemănări cu metamaterialele structurate pe [[Lungime de undă|sub-lungimi de undă.]] Cu toate acestea, ele sunt de obicei considerate diferite față de metamateriale, deoarece funcția lor rezultă din difracție sau interferență și, prin urmare, nu poate fi aproximată ca un material omogen. Totuși, structurile concrete precum cristalele fotonice sunt disponibile în [[Lumină|spectrul luminii]] vizibile. Mijlocul spectrului vizibil are o lungime de undă de aproximativ 560&nbsp;nm (pentru lumina soarelui). Structurile cristalelor fotonice au, în general, jumătate din această dimensiune sau mai puțin, adică <280&nbsp;nm. 

[[Metamateriale plasmonice|Metamaterialele]] plasmonice utilizează [[plasmonii de suprafață]], care sunt grupări de sarcină electrică ce oscilează colectiv pe suprafețele metalelor la frecvențe optice.

Suprafețele selective în frecvență (FSS) pot prezenta caracteristici de sub-lungime de undă și sunt cunoscute în general sub numele de [[Conductor magnetic artificial|conductori magnetici artificiali]] (AMC) sau suprafețe de înaltă impedanță (HIS). FSS afișează caracteristici inductive și capacitive care sunt direct legate de structura lor de sub-lungime de undă. <ref name="bandgap">{{Citat revistă|nume=Sievenpiper|nume2=Lijun Zhang|nume3=Broas|nume4=Alexopolous|nume5=Yablonovitch|prenume=Dan|prenume3=R.F.J.|prenume4=N.G.|prenume5=E.|dată=November 1999|titlu=High-Impedance Electromagnetic Surfaces with a Forbidden Frequency Band|urlarhivă=https://web.archive.org/web/20110719225821/http://www.rsl.ku.edu/~eecs501/Hi-Z_surfaces/Sievenpiper1999TMTTpp2059-2074.pdf|url=http://www.rsl.ku.edu/~eecs501/Hi-Z_surfaces/Sievenpiper1999TMTTpp2059-2074.pdf|journal={{Ill-wd|Q15710002|3=IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques}}|volum=47|număr=11|pagini=2059–74|bibcode=1999ITMTT..47.2059S|doi=10.1109/22.798001|access-date=2009-11-11|archive-date=July 19, 2011|display-authors=1}}</ref>

Metamaterialele electromagnetice pot fi împărțite în diferite clase, după cum urmează: <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="slyusarmeta"/> <ref name="metamaterialplasmonics1"/> <ref name="homogeneous-material">{{Citat revistă|nume=Pendry|nume2=David R. Smith|prenume=John B.|legătură-autor=John Pendry|dată=June 2004|titlu=Reversing Light: Negative Refraction|url=http://esperia.iesl.forth.gr/~ppm/DALHM/publications/papers/PhysicsTodayv57p37.pdf|journal=Physics Today|volum=57|număr=June 37|pagini=2 of 9 (originally page 38 of pp. 37–45)|bibcode=2004PhT....57f..37P|doi=10.1063/1.1784272|access-date=2009-09-27}}</ref>

=== Indice de refracție negativ ===
[[Fișier:Metarefraction.svg|miniatura| Comparație între refracția dintr-un metamaterial „de stânga” și dintr-un material convențional]]
 
Metamaterialele cu indice negativ (NIM) sunt caracterizate de un indice de refracție negativ. NIM-urile în care indicele de refracție negativ rezultă din simultaneitatea permisivității negative și permeabilității negative sunt, de asemenea, cunoscute ca metamateriale dublu negative (DNG). <ref name="slyusarmeta"/>

Presupunând că un material este bine aproximat prin permitivitate și permeabilitate reale, relația dintre [[Permitivitate (electromagnetism)|permitivitate]] <math>\epsilon_{r}</math>, [[Permeabilitate magnetică|permeabilitate]] <math>\mu_{r}</math> și [[Indice de refracție|indicele de refracție]] ''n'' este dată de <math>\scriptstyle n =\pm\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}\mu_\mathrm{r}}</math> . Toate materialele transparente cunoscute (sticlă, apă etc.) posedă <math>\epsilon_{r}</math> și <math>\mu_{r}</math> pozitive. Prin convenție, pentru ''n'' se folosește rădăcina pătrată pozitivă. Cu toate acestea, unele metamateriale proiectate au <math>\epsilon_{r}</math> și <math>\mu_{r} < 0</math> . Pentru că produsul <math>\epsilon_{r}\mu_{r}</math> este pozitiv, ''n'' este [[Număr real|real]]. În astfel de circumstanțe, este necesar să se extragă rădăcina pătrată negativă pentru ''n'' . Când și <math>\epsilon_{r}</math> și <math>\mu_{r}</math> sunt pozitive (negative), undele se deplasează în direcția ''înainte'' (''înapoi''). Undele electromagnetice nu se pot propaga în materiale cu <math>\epsilon_{r}</math> și <math>\mu_{r}</math> cu sarcini opuse, pentru că indicele de refracție devine [[Număr imaginar|imaginar]]. Astfel de materiale sunt opace pentru radiația electromagnetică, iar printre acestea se numără [[Plasmonul de suprafață|materiale plasmonice]] precum metalele ([[aur]], [[argint]] etc.).
[[File:Negative_refraction.ogv|miniatura|256x256px|Clip ce reprezintă refracția negativă a luminii la o interfață plană uniformă.]]
Considerațiile precedente sunt simpliste pentru materialele propriu-zise, care trebuie să aibă <math>\epsilon_{r}</math> și <math>\mu_{r}</math> cu valori complexe. Părțile reale atât ale <math>\epsilon_{r}</math> cât și ale <math>\mu_{r}</math> nu trebuie să fie negative pentru ca un material pasiv să prezinte refracție negativă. <ref>{{Citat revistă|nume=Depine|nume2=Lakhtakia|prenume=Ricardo A.|prenume2=Akhlesh|an=2004|titlu=A new condition to identify isotropic dielectric-magnetic materials displaying negative phase velocity|journal=Microwave and Optical Technology Letters|volum=41|număr=4|pagini=315–16|doi=10.1002/mop.20127}}</ref> <ref>Voznesenskaya, A. and Kabanova, D. (2012) [http://ntv.ifmo.ru/en/article/2413/analiz_prohozhdeniya_luchey_cherez_opticheskie_sistemy,_vklyuchayuschie_elementy_iz_metamaterialov.htm "Analysis of Ray Tracing Through Optical Systems with Metamaterial Elements"], ''Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics'', Volume 5, Number 12, p. 5.</ref> Într-adevăr, un indice de refracție negativ pentru undele polarizate circular poate apărea și din chiralitate. <ref name="chiralNIMobservationPlum">{{Citat revistă|nume=Plum|nume2=Zhou, J.|nume3=Dong, J.|nume4=Fedotov, V. A.|nume5=Koschny, T.|nume6=Soukoulis, C. M.|nume7=Zheludev, N. I.|prenume=E.|an=2009|titlu=Metamaterial with negative index due to chirality|url=https://eprints.soton.ac.uk/65777/1/4174.pdf|journal=Physical Review B|volum=79|număr=3|pagină=035407|bibcode=2009PhRvB..79c5407P|doi=10.1103/PhysRevB.79.035407}}</ref> <ref name="chiralNIMobservationZhang">{{Citat revistă|nume=Zhang|nume2=Park, Y.-S.|nume3=Li, J.|nume4=Lu, X.|nume5=Zhang, W.|nume6=Zhang, X.|prenume=S.|an=2009|titlu=Negative Refractive Index in Chiral Metamaterials|journal=Physical Review Letters|volum=102|număr=2|pagină=023901|pmid=19257274|bibcode=2009PhRvL.102b3901Z|doi=10.1103/PhysRevLett.102.023901}}</ref> Metamaterialele cu ''n'' negativ au numeroase proprietăți interesante: <ref name="metamaterialplasmonics1">
{{Citat carte|nume=Zouhdi|prenume=Saïd|nume2=Ari Sihvola|nume3=Alexey P. Vinogradov|titlu=Metamaterials and Plasmonics: Fundamentals, Modelling, Applications|editură=Springer-Verlag|dată=December 2008|locul-publicării=New York|pagini=3–10, Chap. 3, 106|url=https://books.google.com/books?id=OqRi4s_EskoC&pg=PA6|isbn=978-1-4020-9406-4}}</ref> <ref name="snglhm">{{Citat carte|nume=Eleftheriades|prenume=George V.|nume2=Keith G. Balmain|titlu=Negative-refraction metamaterials: fundamental principles and applications|editură=Wiley|an=2005|pagină=340|url=https://books.google.com/books?id=a4MiyF5_N7MC&pg=PA379|isbn=978-0-471-60146-3|bibcode=2005nmfp.book.....E}}</ref>

* [[legea lui Snell|Legea lui Snell]] ( ''n'' <sub>1</sub> sin ''θ'' <sub>1</sub> = ''n'' <sub>2</sub> sin ''θ'' <sub>2</sub> ) încă descrie refracția, dar întrucât ''n'' <sub>2</sub> este negativ, razele incidente și refractate sunt pe ''aceeași'' parte a normalei suprafeței la o interfață de materiale cu indice pozitiv și negativ.
* [[Efectul Cerenkov|Radiația Cherenkov]] arată în cealaltă direcție.{{Explică|date=decembrie 2021}}
* [[Vector de punctare|Vectorul Poynting]] cu medie temporală este antiparalel cu viteza de fază . Cu toate acestea, pentru ca undele (energia) să se propage, – ''µ'' trebuie să fie asociat cu – ''ε'' pentru a satisface dependența numărului de undă de parametrii materialului <math>k c = \omega\sqrt{\mu \epsilon}</math> .

Indicele negativ de refracție derivă matematic din tripletul vectorial '''E''', '''H''' și '''k''' . <ref name="metamaterialplasmonics1"/>

Pentru undele plane care se propagă în metamateriale electromagnetice, câmpul electric, câmpul magnetic și [[Vector val|vectorul de undă]] urmează [[regula mâinii stângi]], contrar comportamentului materialelor optice convenționale.

Până în prezent, numai metamaterialele prezintă un indice de refracție negativ. <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="snglhm"/> <ref name="sng-dng">{{Citat revistă|nume=Alù|nume2=Nader Engheta|prenume=Andrea and|legătură-autor2=Nader Engheta|dată=January 2004|titlu=Guided Modes in a Waveguide Filled With a Pair of Single-Negative (SNG), Double-Negative (DNG), and/or Double-Positive (DPS) Layers|url=http://repository.upenn.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1001&context=ese_papers|journal={{Ill-wd|Q15710002|3=IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques}}|volum=52|număr=1|pagini=199–210|format=PDF|bibcode=2004ITMTT..52..199A|doi=10.1109/TMTT.2003.821274|access-date=2010-01-03}}</ref>

=== Negativ cu un singur strat ===
Metamaterialele cu un singur strat (SNG) au fie permitivitate relativă negativă <small>(r</small> ε), fie permeabilitate relativă negativă <small>(r</small> μ), dar nu ambele. <ref name="slyusarmeta">{{Cite conference|last=Slyusar|given=V.I.|date=October 6–9, 2009|conference=7th International Conference on Antenna Theory and Techniques ICATT’09|pages=19–24|title=Metamaterials on antenna solutions|url=http://www.slyusar.kiev.ua/019_024_ICATT_2009.pdf|location=Lviv, Ukraine}}</ref> Ele acționează ca metamateriale atunci când sunt combinate cu un SNG diferit, complementar, acționând împreună ca un DNG.

Mediul cu epsilon negativ (ENG) afișează ε<small>r</small> negativ, în timp ce μ <small>r</small> este pozitiv. <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="snglhm"/> <ref name="slyusarmeta"/> Multe plasme prezintă această caracteristică. De exemplu, [[Metale nobile|metalele nobile]] precum aurul sau argintul sunt ENG în [[Spectru vizibil|spectrul]] [[infraroșu]] și vizibil.

Mediul cu Mu negativ (MNG) afișează <small>r</small>ε pozitiv și μ<small>r</small> negativ.<ref name="physicsengineering1"/> <ref name="snglhm"/> <ref name="slyusarmeta"/> Materialele girotrope sau giromagnetice prezintă această caracteristică. Un material girotrop este acel material care a fost modificat de prezența unui [[câmp magnetic]] cvasistatic, permițând un efect magneto-optic. Efectul magneto-optic este un fenomen în care o undă electromagnetică se propagă printr-un astfel de mediu. Într-un astfel de material, polarizările eliptice care se rotesc la stânga și la dreapta se pot propaga la viteze diferite. Când lumina este transmisă printr-un strat de material magneto-optic, rezultatul se numește [[Efectul Faraday|efect Faraday]]: [[Polarizare (unde)|planul de polarizare]] poate fi rotit, formând un rotator Faraday . Rezultatul unei astfel de reflexii este cunoscut sub numele de efectul magneto-optic Kerr (a nu se confunda cu [[efectul Kerr]] neliniar). Două materiale girotrope cu direcțiile de rotație ale celor două polarizări principale inversate sunt numite [[Chiralitate (chimie)|izomeri optici]].

Îmbinarea unei plăci de material ENG cu una de material MNG a dus la proprietăți precum rezonanțe, tuneluri anormale, transparență și reflexie zero. La fel ca materialele cu indice negativ, SNG-urile sunt dispersive în mod natural, astfel încât ε<small>r</small>, µ<small>r</small> și indicele de refracție ''n'' sunt o funcție a frecvenței. <ref name="snglhm"/>

=== Hiperbolic ===
Metamaterialele hiperbolice (HMM) se comportă ca un metal pentru o anumită polarizare sau o direcție de propagare a luminii și ca un dielectric pentru celelalte, datorită componentelor tensorului de permitivitate negativă și pozitivă, rezultând într-o [[anizotropie]] extremă. Relația de [[Dispersia undelor electromagnetice|dispersie]] a materialului în spațiul vectorului de undă formează un [[hiperboloid]], de unde și denumirea de metamaterial hiperbolic. Anizotropia extremă a HMM-urilor duce la propagarea direcțională a luminii atât în interiorul cât și pe deasupra suprafaței. <ref>{{Citat revistă|nume=High, A.|an=2015|titlu=Visible-frequency hyperbolic metasurface|journal=Nature|volum=522|număr=7555|pagini=192–196|pmid=26062510|bibcode=2015Natur.522..192H|doi=10.1038/nature14477|display-authors=etal}}</ref> HMM-urile au prezentat variate aplicații potențiale, cum ar fi detectare, imagistică, direcționarea semnalelor optice și efecte îmbunătățite de rezonanță plasmonică. <ref>{{Citat revistă|nume=Takayama, O.|nume2=Lavrinenko, A. V.|dată=2019|titlu=Optics with hyperbolic materials.|url=https://backend.orbit.dtu.dk/ws/files/175847309/Optics_with_hyperbolic_materials_invited_preprint.pdf|journal=Journal of the Optical Society of America B|volum=36|număr=8|pagini=F38–F48|doi=10.1364/JOSAB.36.000F38}}</ref>

=== Bandă de stare energetică nepermisă ===
Metamaterialele electromagnetice {{Ill-wd|Q806352|3=cu benzi de stare energetică nepermisă}} (EBG sau EBM) controlează propagarea luminii. Acest lucru se realizează fie cu [[cristal fotonic|cristale fotonice]] (PC), fie cu materiale „de stânga” (LHM). PC-urile pot opri cu totul propagarea luminii. Ambele clase pot permite luminii să se propage în direcții specific proiectate și ambele pot fi proiectate cu benzi de stare energetică nepermisă la frecvențele dorite. <ref name="physicsengineering3">
{{Citat carte|nume=Engheta|prenume=Nader|nume2=Richard W. Ziolkowski|titlu=Metamaterials: physics and engineering explorations|editură=Wiley & Sons|dată=2006|pagini=211–21|format=added this reference on 2009-12-14.|url=https://books.google.com/books?id=51e0UkEuBP4C|isbn=978-0-471-76102-0}}</ref> <ref name="Valenitne-J.">{{Citat revistă|nume=Valentine|nume2=Zhang|nume3=Zentgraf|nume4=Ulin-Avila|nume5=Genov|nume6=Bartal|nume7=Zhang|prenume=J.|prenume2=S.|prenume3=T.|prenume4=E.|prenume5=D. A.|prenume6=G.|prenume7=X.|an=2008|titlu=Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index|journal=Nature|volum=455|număr=7211|pagini=376–79|pmid=18690249|bibcode=2008Natur.455..376V|doi=10.1038/nature07247}}</ref> Mărimea perioadei EBG-urilor este o fracțiune detectabilă a lungimii de undă, care creează interferențe constructive și distructive.

PC-urile se disting de structurile de sub-lungimi de undă, cum ar fi [[Metamateriale reglabile|metamaterialele reglabile]], deoarece PC-urile își derivă proprietățile din caracteristicile benzilor lor de stare energetică nepermisă. PC-urile sunt aranjate astfel încât să se potrivească cu lungimea de undă a luminii, spre deosebire de alte metamateriale care expun structura sub-lungimii de undă. În plus, PC-urile funcționează prin difracția luminii, iar metamaterialul, în caz contrar, nu prezintă difracție. <ref name="PC-01">
{{Citat web|url=http://ultracold.physics.berkeley.edu/seminar/pmwiki/Main/MetamaterialsGenerateNovelElectromagneticProperties|nume=Pendry|titlu=Metamaterials Generate Novel Electromagnetic Properties|date=2009-04-11|accessdate=2009-12-14|archiveurl=https://web.archive.org/web/20100627193056/http://ultracold.physics.berkeley.edu/seminar/pmwiki/Main/MetamaterialsGenerateNovelElectromagneticProperties|first1=JB|authorlink=John Pendry|lucrare=UC Berkeley Atomic Physics Seminar 290F|format=Seminar – lecture series|archivedate=2010-06-27}}</ref>

PC-urile au incluziuni periodice care inhibă propagarea undelor din cauza interferenței distructive a incluziunilor în urma împrăștierii. Proprietatea benzilor fotonice de stare energetică nepermisă a PC-urilor le face pe acestea echivalentul electromagnetic al cristalelor semiconductoare electronice. <ref name="Purdue-ebg">
{{Citat web|url=https://engineering.purdue.edu/IDEAS/Metamaterials.html|nume=Chappell|titlu=Metamaterials|accessdate=2009-11-23|first1=William leads the IDEA laboratory at Purdue University|year=2005|lucrare=research in various technologies}}</ref>

EBG-urile au scopul de a crea structuri dielectrice periodice, de înaltă calitate, cu pierderi reduse. Un EBG afectează fotonii în același mod în care materialele semiconductoare afectează electronii. PC-urile sunt materialul perfect cu benzi de stare energetică nepermisă, deoarece nu permit propagarea luminii. <ref name="PC-in-21st-century">{{Citat carte|nume-editor=Soukoulis, C. M.|titlu=Photonic Crystals and Light Localization in the 21st Century|editură=Springer London, Limited|dată=May 2001|ediție=Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Photonic Crystals and Light Localization, Crete, Greece, June 18–30, 2000|locul-publicării=London|pagini=xi|url=https://books.google.com/books?id=y8O7cfQl9ogC&pg=PP1|isbn=978-0-7923-6948-6}}</ref> Fiecare unitate din structura periodică prescrisă acționează ca un atom, deși are o dimensiune mult mai mare. <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="PC-in-21st-century" />

EBG-urile sunt concepute să împiedice propagarea unei [[Lățimea de bandă (procesarea semnalului)|lățimi]] de bandă a frecvențelor, pentru anumite unghiuri de sosire și [[Polarizare (unde)|polarizări]]. Diferite configurații și structuri au fost propuse pentru a fabrica proprietățile speciale ale EBG. În practică, crearea unui dispozitiv EBG perfect este imposibilă. <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="metamaterialplasmonics1"/>

EBG-urile au fost fabricate pentru frecvențe care variază de la câțiva gigaherți (GHz) la câțiva teraherți (THz), pentru radio, microunde și frecvența mijlocie a spectrului infraroșu. Printre aplicațiile EBG se numără  [[Linie de transmisie|linia de transmisie]], placile aglomerate din lemn formate din bare dielectrice pătrate și mai multe tipuri diferite de [[Antenă (radio)|antene]] cu câștig redus. <ref name="physicsengineering1">{{Citat carte|nume=Engheta|prenume=Nader|legătură-autor=Nader Engheta|nume2=Richard W. Ziolkowski|titlu=Metamaterials: Physics and Engineering Explorations|editură=[[Wiley|Wiley & Sons]]|dată=June 2006|pagini=xv, 3–30, 37, 143–50, 215–34, 240–56|url=https://books.google.com/books?id=51e0UkEuBP4C|isbn=978-0-471-76102-0}}</ref> <ref name="metamaterialplasmonics1"/>

=== Mediu dublu pozitiv ===
Mediile dublu pozitive (DPS) pot apărea în natură, de exemplu {{Ill-wd|Q184996|3=dielectricii}} care apar în mod natural. Permitivitatea și permeabilitatea magnetică sunt ambele pozitive, iar propagarea undelor este în direcția înainte. Au fost fabricate materiale artificiale care combină proprietățile DPS, ENG și MNG. <ref name="physicsengineering1"/> <ref name="slyusarmeta"/>

=== Bi-izotropic și bi-anizotropic ===
Clasificarea metamaterialelor în dublu negative, negative cu un singur strat sau dublu pozitive presupune, în mod normal, că metamaterialul are reacții electrice și magnetice independente, descrise de ε și µ. Cu toate acestea, în multe cazuri, [[Câmp electric|câmpul electric]] provoacă [[Magnetism|polarizare magnetică]], în timp ce câmpul magnetic induce polarizare electrică, cunoscută sub numele de cuplare magnetoelectrică. Astfel de medii sunt denumite [[Bi izotrop|bi-izotropice]]. Mediile care prezintă cuplare magnetoelectrică și care sunt [[Anizotropie|anizotropice]] (ceea ce este cazul pentru multe structuri ale metamaterialelor <ref name="bi-anisotropic">
{{Citat revistă|nume=Marques|nume2=Medina|nume3=Rafii-El-Idrissi|prenume=Ricardo|prenume2=Francisco|prenume3=Rachid|dată=2002-04-04|titlu=Role of bianisotropy in negative permeability and left-handed metamaterials|urlarhivă=https://web.archive.org/web/20110720150321/http://centro.us.es/gmicronda/Miembros/Ricardo/1-Role-of-bianisotropy.pdf|url=http://centro.us.es/gmicronda/Miembros/Ricardo/1-Role-of-bianisotropy.pdf|journal=Physical Review B|volum=65|număr=14|pagini=144440–41|bibcode=2002PhRvB..65n4440M|doi=10.1103/PhysRevB.65.144440|archive-date=20 July 2011}}</ref>), sunt denumite bi-anizotropice. <ref>{{Citat revistă|nume=Rill|nume2=Kriegler|nume3=Thiel|nume4=Von Freymann|nume5=Linden|nume6=Wegener|prenume=M. S.|prenume2=CE|prenume3=M|prenume4=G|prenume5=S|prenume6=M|dată=2008-12-22|titlu=Negative-index bianisotropic photonic metamaterial fabricated by direct laser writing and silver shadow evaporation|journal=Optics Letters|volum=34|număr=1|pagini=19–21|pmid=19109626|bibcode=2009OptL...34...19R|doi=10.1364/OL.34.000019|display-authors=1}}</ref> <ref name="bi-anisotropic-photonic">{{Citat revistă|nume=Kriegler|nume2=Rill|nume3=Linden|nume4=Wegener|prenume=C. E.|prenume2=Michael Stefan|prenume3=Stefan|prenume4=Martin|an=2010|titlu=Bianisotropic photonic metamaterials|url=http://esperia.iesl.forth.gr/~ppm/PHOME/publications/IEEE_10_1109_2009.pdf|journal=IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics|volum=999|număr=2|pagini=1–15|bibcode=2010IJSTQ..16..367K|doi=10.1109/JSTQE.2009.2020809|display-authors=1}}</ref>

Patru parametri de material sunt inerenți cuplării magnetoelectrice a mediilor bi-izotropice. Aceștia sunt [[Câmp magnetic|intensitatea câmpului]] [[Câmp electric|electric ('''E''')]] și cea a câmpului[[Câmp magnetic|'''magnetic (H''')]] și densitatea fluxului [[Flux electric|electric ('''D''')]] și cea a fluxului [[Flux magnetic|magnetic ('''B''').]] Acești parametri sunt ε, µ, ''κ'' și χ, sau permitivitatea, permeabilitatea, puterea chiralității și, respectiv, parametrul Tellegen. În acest tip de medii, parametrii materialelor nu variază în funcție de modificările dintr-un [[sistem de coordonate]] rotitativ de măsurători. În acest sens, ei sunt constanți sau [[mărime fizică scalară|scalari]]. <ref name="metamaterialplasmonics1"/>

Parametrii magnetoelectrici inerenți, ''κ'' și ''χ'', afectează faza undei. Efectul parametrului de chiralitate este de a despărți indicele de refracție. În mediile izotropice, acest lucru are ca rezultat propagarea undelor numai dacă ε și µ au aceeași sarcină. În mediile bi-izotropice cu ''χ'' presupus a fi zero și ''κ'' o valoare diferită de zero, apar rezultate diferite. Poate apărea o undă fie cu direcția înapoi, fie înainte. Ca alternativă, pot apărea două unde cu direcția înainte sau două unde cu direcția înapoi, în funcție de puterea parametrului chiralitate.

În general, relațiile fundamentale pentru materialele bi-anizotropice indică <math>  \mathbf{D} = \epsilon \mathbf{E} + \xi \mathbf{H},  </math><math>  \mathbf{B} = \zeta \mathbf{E} + \mu \mathbf{H},  </math> unde <math>  \epsilon  </math> și <math>  \mu  </math> sunt tensorii de permitivitate și, respectiv, de permeabilitate, în timp ce <math> \xi </math> și <math> \zeta </math> sunt cei doi tensori magnetoelectrici. Dacă mediul este reciproc, permitivitatea și permeabilitatea sunt tensori simetrici și <math>  \xi=-\zeta^T=-i \kappa^T  </math>, unde <math> \kappa </math> este tensorul chiral care descrie reacția electromagnetică chirală și magneto-electrică reciprocă. Tensorul chiral poate fi exprimat ca <math>  \kappa=\tfrac{1}{3}\operatorname{tr}(\kappa) I+N+J   </math>, unde <math>  \operatorname{tr}(\kappa) </math> este urma parametrului <math>  \kappa  </math>, I este matricea identității, N este un tensor simetric fără urme și J este un tensor anti-simetric. O astfel de separare permite clasificarea reacției bi-anizotropice reciproce în următoarele trei clase principale: (i) medii chirale (<math> \operatorname{tr}(\kappa) \neq 0, N \neq 0, J=0 </math> ), (ii) medii pseudochirale ( <math> \operatorname{tr}(\kappa) = 0, N \neq 0, J=0 </math> ) și (iii) medii omega ( <math> \operatorname{tr}(\kappa) = 0, N = 0, J \neq 0 </math> ).

=== Chiral ===
Preferința metamaterialelor pentru regula mâinii drepte stau stângi este o potențială sursă de confuzie, deoarece literatura de specialitate include două utilizări conflictuale ale termenilor ''stânga'' și ''dreapta'' . Primul se referă la una dintre cele două unde polarizate circular, care reprezintă modurile de propagare în mediile chirale. Al doilea se referă la tripletul câmpului electric, câmpului magnetic și vectorului Poynting, care apar în mediile cu indice de refracție negativ și care, în cele mai multe cazuri, nu sunt chirale.

În general, o reacție electromagnetică chirală și/sau bi-anizotropică este o consecință a chiralității geometrice 3D: metamaterialele chirale 3D sunt compuse prin încorporarea structurilor chirale 3D într-un mediu gazdă, prezentând efecte de polarizare legate de chiralitate, cum ar fi [[Activitate optică|activitatea optică]] și [[Dicroism circular|dicroismul circular]]. Există, de asemenea, conceptul de chiralitate 2D și se consideră că un obiect plan este chiral dacă nu poate fi suprapus pe imaginea sa în oglindă decât dacă este ridicat de pe plan. S-a observat că metamaterialele chirale 2D care sunt anizotropice și care au pierderi prezintă transmisie asimetrică direcțională (reflexie, absorbție) a undelor polarizate circular datorită dicroismului de conversie circulară. <ref>
{{Citat revistă|nume=Fedotov|nume2=Mladyonov, P. L.|nume3=Prosvirnin, S. L.|nume4=Rogacheva, A. V.|nume5=Chen, Y.|nume6=Zheludev, N. I.|prenume=V. A.|an=2006|titlu=Asymmetric propagation of electromagnetic waves through a planar chiral structure|journal=Physical Review Letters|volum=97|număr=16|pagină=167401|pmid=17155432|bibcode=2006PhRvL..97p7401F|doi=10.1103/PhysRevLett.97.167401}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Plum|nume2=Fedotov, V. A.|nume3=Zheludev, N. I.|prenume=E.|an=2009|titlu=Planar metamaterial with transmission and reflection that depend on the direction of incidence|journal=Applied Physics Letters|volum=94|număr=13|pagină=131901|bibcode=2009ApPhL..94m1901P|doi=10.1063/1.3109780}}</ref> Pe de altă parte, reacția bi-anizotropică poate apărea din structurile geometrice achirale care nu posedă nici chiralitate inerentă 2D, nici 3D. Plum și colaboratorii săi au investigat cuplarea magneto-electrică din cauza [[Chiralitate (electromagnetism)|chiralității extrinseci]], în care amplasarea unei structuri (achirale) împreună cu vectorul undelor de radiație este diferită de imaginea din oglindă și au observat activitate optică liniară mare și reglabilă, <ref>{{Citat revistă|nume=Plum|nume2=Liu|nume3=Fedotov|nume4=Chen|nume5=Tsai|nume6=Zheludev|prenume=E.|prenume2=X.-X.|prenume3=V. A.|prenume4=Y.|prenume5=D. P.|prenume6=N. I.|an=2009|titlu=Metamaterials: Optical Activity without Chirality|url=https://eprints.soton.ac.uk/78867/1/4179.pdf|journal=Phys. Rev. Lett.|volum=102|număr=11|pagină=113902|pmid=19392202|bibcode=2009PhRvL.102k3902P|doi=10.1103/physrevlett.102.113902}}</ref> activitate optică neliniară, <ref>{{Citat revistă|nume=Ren|nume2=Plum, E.|nume3=Xu, J.|nume4=Zheludev, N. I.|prenume=M.|an=2012|titlu=Giant nonlinear optical activity in a plasmonic metamaterial|journal=Nature Communications|volum=3|pagină=833|pmid=22588295|bibcode=2012NatCo...3..833R|doi=10.1038/ncomms1805}}</ref> activitate optică speculară <ref>{{Citat revistă|nume=Plum|nume2=Fedotov, V. A.|nume3=Zheludev, N. I.|prenume=E.|an=2016|titlu=Specular optical activity of achiral metasurfaces|url=https://eprints.soton.ac.uk/389739/1/specular%2520optical%2520activity%25207rev.pdf|journal=Applied Physics Letters|volum=108|număr=14|pagină=141905|bibcode=2016ApPhL.108n1905P|doi=10.1063/1.4944775}}</ref> și dicroism de conversie circulară. <ref>{{Citat revistă|nume=Plum|nume2=Fedotov, V. A.|nume3=Zheludev, N. I.|prenume=E.|an=2009|titlu=Extrinsic electromagnetic chirality in metamaterials|journal=Journal of Optics A: Pure and Applied Optics|volum=11|număr=7|pagină=074009|bibcode=2009JOptA..11g4009P|doi=10.1088/1464-4258/11/7/074009}}</ref> Rizza et al''.'' <ref>{{Citat revistă|nume=C. Rizza|nume2=Andrea Di Falco|nume3=Michael Scalora|nume4=Alessandro Ciattoni|an=2015|titlu=One-Dimensional Chirality: Strong Optical Activity in Epsilon-Near-Zero Metamaterials|journal=Phys. Rev. Lett.|volum=115|număr=5|pagină=057401|pmid=26274441|bibcode=2015PhRvL.115e7401R|doi=10.1103/PhysRevLett.115.057401}}</ref> au sugerat metamateriale chirale unidimensionale în care tensorul chiral efectiv nu dispare dacă sistemul este chiral unidimensional din punct de vedere geometric (imaginea în oglindă a întregii structuri nu poate fi suprapusă peste el prin utilizarea translațiilor fără rotații).

Metamaterialele chirale 3D sunt construite din materiale chirale sau rezonatoare în care parametrul de chiralitate efectiv <math>\kappa</math> este diferit de zero. În astfel de metamateriale chirale, proprietățile de propagare a undelor demonstrează că refracția negativă poate fi realizată în metamateriale cu o chiralitate puternică și cu <math>\epsilon_r</math> și <math>\mu_r</math> pozitive. <ref name="Wang-Chiral-mm">{{Citat revistă|nume=Wang|nume2=Zhou|nume3=Koschny|nume4=Kafesaki|nume5=Soukoulis|prenume=Bingnan|prenume2=Jiangfeng|prenume3=Thomas|prenume4=Maria|prenume5=Costas M|dată=November 2009|titlu=Chiral metamaterials: simulations and experiments|journal=J. Opt. Soc. Am. A|volum=11|număr=11|pagini=114003|bibcode=2009JOptA..11k4003W|doi=10.1088/1464-4258/11/11/114003|display-authors=1}}</ref> <ref name="TretChiral">{{Citat revistă|nume=Tretyakov|nume2=Sihvola|nume3=Jylhä|prenume=S.|prenume2=A.|prenume3=L.|an=2005|titlu=Backward-wave regime and negative refraction in chiral composites|journal={{Ill-wd|Q1976069|3=Photonics and Nanostructures Fundamentals and Applications}}|volum=3|număr=2–3|pagini=107–15|bibcode=2005PhNan...3..107T|doi=10.1016/j.photonics.2005.09.008}}</ref> Acest lucru se datorează faptului că indicele de refracție <math>n</math> are valori distincte pentru undele polarizate circular spre stânga și spre dreapta:

<math>n = \pm\sqrt{\epsilon_r\mu_r} \pm \kappa</math>

Se poate observa că un indice negativ va apărea  pentru o polarizare dacă <math>\kappa</math> > <math>\sqrt{\epsilon_r\mu_r}</math> . În acest caz, nu este necesar ca unul sau ambii parametri <math>\epsilon_r</math> și <math>\mu_r</math> să fie negativi pentru propagarea undei în direcția înapoi. <ref name="metamaterialplasmonics1"/> Un indice de refracție negativ datorat chiralității a fost observat pentru prima dată simultan și independent de Plum et al''.'' <ref name="chiralNIMobservationPlum"/> și Zhang et al. <ref name="chiralNIMobservationZhang"/> în 2009.

=== Bazat pe FSS ===
Metamaterialele bazate pe suprafețe selective în frecvență blochează semnalele într-o bandă de lungime de undă și le transmit pe cele din altă bandă. Au devenit o alternativă a metamaterialelor cu frecvență fixă. Acestea permit modificări opționale ale frecvenței într-un singur mediu, mai degrabă decât limitările restrictive ale unui [[răspuns în frecvență]] fixă. <ref name="Theory-and-Phenomena">{{Citat carte|nume=Capolino|prenume=Filippo|titlu=Theory and Phenomena of Metamaterials|editură=Taylor & Francis|dată=2009|capitol=Chapter 32|url-capitol=https://books.google.com/books?id=0PMnYo8hva8C&pg=PT546|isbn=978-1-4200-5425-5}}</ref>

== Alte tipuri ==

=== Elastic ===
Metamaterialele elastice folosesc diferiți parametri pentru a obține un indice de refracție negativ în materialele care nu sunt electromagnetice. În plus, „un nou design pentru metamaterialele elastice care se pot comporta fie ca lichide, fie ca solide, pe un interval de frecvență limitat, poate permite noi aplicații bazate pe controlul undelor acustice, elastice și seismice”. <ref name="page">
{{Citat revistă|nume=Page|prenume=John|an=2011|titlu=Metamaterials: Neither solid nor liquid|journal=Nature Materials|volum=10|număr=8|pagini=565–66|pmid=21778996|bibcode=2011NatMa..10..565P|doi=10.1038/nmat3084}}
</ref> Ele sunt numite și [[metamateriale mecanice]]. 

=== Acustic ===
Metamaterialele acustice controlează, direcționează și manipulează [[Sunet|sunetul]] sub formă de unde [[wiktionary:Special:Search/sonic|sonice]], [[Infrasunet|infrasonice]] sau [[Ultrasunet|ultrasonice]] în [[Gaz|gaze]], [[Lichid|lichide]] și [[Solid|solide]] . Ca și în cazul undelor electromagnetice, undele sonice pot prezenta refracție negativă. <ref name="acousticmeta1107">{{Citat revistă|nume=Guenneau|nume2=Movchan|nume3=Pétursson|nume4=Anantha Ramakrishna|prenume=S. B.|prenume2=A.|prenume3=G.|prenume4=S.|an=2007|titlu=Acoustic metamaterials for sound focusing and confinement|url=https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00186684/document|journal=New Journal of Physics|volum=9|număr=11|pagină=399|bibcode=2007NJPh....9..399G|doi=10.1088/1367-2630/9/11/399}}</ref>

Controlul undelor sonore se realizează în mare parte prin [[Modul vrac|modulul în vrac]] ''β'', [[Densitate|densitatea masei]] ''ρ'' și chiralitate. Modulul în vrac și densitatea sunt echivalenți ai permitivității și permeabilității în metamaterialele electromagnetice. Mecanica propagării [[Sunet|undelor sonore]] într-o [[structură cristalină]] are legătură cu acest aspect.<ref>{{Citat revistă|nume=Efimov|prenume=S. P.|dată=1979|titlu=Compression of waves by artificial anisotropic medium|url=http://www.akzh.ru/1979_2_ 234_238.pdf|journal=Acust. Zh.|volum=25|număr=2|pagini=234–238}}{{Legătură nefuncțională|date=decembrie 2022 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> De asemenea, materialele au [[masă]] și grade intrinseci de [[rigiditate]]. Acestea formează împreună un [[Rezonanță|sistem rezonant]], iar rezonanța mecanică (sonică) poate fi stimulată de frecvențe sonice adecvate (de exemplu [[Puls|pulsații]] audibile).

=== Structural ===
Metamaterialele structurale oferă proprietăți precum abilitatea de strivire și greutatea redusă. Folosind [[Microstereolitografia de proiecție|micro-stereolitografia,]] pot fi create microrețelele folosind forme asemănătoare [[grindă cu zăbrele|grinzilor]] și [[Traversă|traverselor]]. Au fost create materiale cu patru ordine de mărime mai rigide decât [[Aerogel|aerogelul]] convențional, dar cu aceeași densitate. Astfel de materiale pot rezista la o sarcină de cel puțin 160.000 de ori propria greutate prin supratensionarea materialelor. <ref>{{Citat știre|title=New materials developed that are as light as aerogel, yet 10,000 times stronger|url=http://www.gizmag.com/llnl-ultralight-metamaterial/32589|prenume=David|nume=Szondy|data=June 22, 2014|journal=Gizmag}}</ref> <ref name="cemms">{{Citat web|url=http://nano-cemms.illinois.edu/media/uploads/content/111/files/microstereolithography.20101112082545.pdf|nume=Fang|titlu=Projection Microstereolithography|publisher=Department of Mechanical Science & Engineering, University of Illinois|first1=Nicholas|accessdate=2021-11-30|archive-date=2015-02-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20150223203251/http://nano-cemms.illinois.edu/media/uploads/content/111/files/microstereolithography.20101112082545.pdf|dead-url=yes}}</ref>

Un metamaterial ceramic de tip nanogrindă poate să fie aplatizat și apoi să revină la forma inițială. <ref name="Nanotruss">{{Citat web|url=https://www.caltech.edu/about/news/miniature-truss-work-42850|nume=Fesenmaier|titlu=Miniature Truss Work|date=23 May 2014|first1=Kimm|lucrare=Caltech}}</ref>

=== Neliniar ===
Se pot fabrica metamateriale care includ un anumit tip de mediu neliniar, ale cărui proprietăți se modifică în funcție de puterea undei incidente. Mediile neliniare sunt esențiale pentru [[Optică neliniară|optica neliniară]] . Majoritatea materialelor optice au un răspuns relativ slab, ceea ce înseamnă că proprietățile lor se modifică doar într-o mică măsură în cazul unor modificări mari ale intensității [[Câmp electromagnetic|câmpului electromagnetic]]. Câmpurile electromagnetice locale ale incluziunilor din metamaterialele neliniare pot fi mult mai mari decât valoarea medie a câmpului. În plus, au fost prezise și observate efecte neliniare remarcabile în cazul în care permitivitatea dielectrică efectivă a metamaterialului este foarte mică (medii cu epsilon cu valoare aproape de zero). <ref>{{Citat revistă|nume=Ciattoni|nume2=Rizza|nume3=Palange|prenume=A.|prenume2=C.|prenume3=E.|an=2010|titlu=Extreme nonlinear electrodynamics in metamaterials with very small linear dielectric permittivity|journal=Phys. Rev. A|volum=81|număr=4|pagină=043839|bibcode=2010PhRvA..81d3839C|doi=10.1103/PhysRevA.81.043839}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Vincenti|nume2=De Ceglia|nume3=Ciattoni|nume4=Scalora|prenume=M. A.|prenume2=D.|prenume3=A.|prenume4=M.|an=2011|titlu=Singularity-driven second- and third-harmonic generation at epsilon-near-zero crossing points|journal=Phys. Rev. A|volum=84|număr=6|pagină=063826|bibcode=2011PhRvA..84f3826V|doi=10.1103/PhysRevA.84.063826}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Capretti|nume2=Wang|nume3=Engheta|nume4=Dal Negro|prenume=Antonio|prenume2=Yu|prenume3=Nader|prenume4=Luca|an=2015|titlu=Enhanced third-harmonic generation in Si-compatible epsilon-near-zero indium tin oxide nanolayers|journal=Opt. Lett.|volum=40|număr=7|pagini=1500–3|pmid=25831369|bibcode=2015OptL...40.1500C|doi=10.1364/OL.40.001500}}</ref> În plus, proprietăți exotice, precum indicele de refracție negativ, creează oportunități de a adapta [[Potrivirea fazelor|condițiile de potrivire a fazelor]] care trebuie îndeplinite în orice structură optică neliniară.

=== Metamateriale Hall ===
În 2009, Marc Briane și {{Ill-wd|Q28823381|3=Graeme Milton}} <ref>{{Citat revistă|nume=Briane|nume2=Milton|prenume=Marc|prenume2=Graeme W.|dată=28 November 2008|titlu=Homogenization of the Three-dimensional Hall Effect and Change of Sign of the Hall Coefficient|url=https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00130591/file/new.GM.HomHallEff3d.pdf|journal=Archive for Rational Mechanics and Analysis|volum=193|număr=3|pagini=715–736|doi=10.1007/s00205-008-0200-y}}</ref> au demonstrat matematic că se poate inversa, în principiu, sarcina unui compozit pe bază de trei materiale în 3D, format doar din materiale cu coeficient Hall cu sarcină pozitivă sau negativă. În 2015, Muamer Kadic et al. <ref>{{Citat revistă|nume=Kadic|nume2=Schittny|nume3=Bückmann|nume4=Kern|nume5=Wegener|prenume=Muamer|prenume2=Robert|prenume3=Tiemo|prenume4=Christian|prenume5=Martin|dată=22 June 2015|titlu=Hall-Effect Sign Inversion in a Realizable 3D Metamaterial|journal=Physical Review X|volum=5|număr=2|pagini=021030|bibcode=2015PhRvX...5b1030K|doi=10.1103/PhysRevX.5.021030}}</ref> au arătat că o simplă perforare a materialului izotropic poate duce la schimbarea sarcinii acestuia cu coeficient Hall. Această teorie a fost în cele din urmă demonstrată experimental de Christian Kern et al. <ref>{{Citat revistă|nume=Kern|nume2=Kadic|nume3=Wegener|prenume=Christian|prenume2=Muamer|prenume3=Martin|an=2017|titlu=Experimental Evidence for Sign Reversal of the Hall Coefficient in Three-Dimensional Metamaterials|url=https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000064526|journal=Physical Review Letters|volum=118|număr=1|pagini=016601|pmid=28106428|bibcode=2017PhRvL.118a6601K|doi=10.1103/PhysRevLett.118.016601}}</ref>

Tot în 2015, Christian Kern et al. au fost demonstrat și  că o perforare anizotropică a unui singur material poate duce la un efect și mai neobișnuit, și anume efectul Hall paralel. <ref>{{Citat revistă|nume=Kern|nume2=Kadic|nume3=Wegener|prenume=Christian|prenume2=Muamer|prenume3=Martin|dată=28 September 2015|titlu=Parallel Hall effect from three-dimensional single-component metamaterials|journal=Applied Physics Letters|volum=107|număr=13|pagini=132103|bibcode=2015ApPhL.107m2103K|doi=10.1063/1.4932046}}</ref> Aceasta înseamnă că câmpul electric indus din interiorul unui mediu conductor nu mai este ortogonal față de curent și de câmpul magnetic, ci este paralel cu acestea din urmă.

== Benzi de frecvență ==

=== Terahertz ===
Metamaterialele terahertz interacționează la [[Radiația terahertz|frecvențe terahertz]], definite de obicei ca fiind între 0,1 și 10 [[Hertz|THz]] . [[Radiația terahertz]] se află la capătul îndepărtat al domeniului infraroșu, imediat după sfârșitul domeniului microundelor. Aceasta corespunde lungimilor de undă milimetrice și submilimetrice între 3&nbsp;mm ([[Frecvență extrem de ridicată|banda EHF]]) și 0,03&nbsp;mm (marginea cu lungime de undă lungă a luminii în [[Infraroșu îndepărtat|infraroșu îndepărtat).]]

=== Fotonic ===
Metamaterialul fotonic interacționează cu frecvențele optice ([[Infraroșu|infraroșu mijlociu]]). Perioada sub-lungimii de undă le diferențiază de structurile de [[cristal fotonic|bandă fotonică de stare energetică nepermisă.]] <ref name="photonic-MM1">{{Citat enciclopedie|title=Photonic Metamaterials|encyclopedia=Encyclopedia of Laser Physics and Technology|volume=I & II|pages=1|publisher=Wiley-VCH Verlag|date=2008–18|url=http://www.rp-photonics.com/photonic_metamaterials.html|accessdate=2009-10-01}}</ref> <ref name="photonic-MM2">{{Citat carte|nume=Capolino|prenume=Filippo|titlu=Applications of Metamaterials|editură=Taylor & Francis, Inc.|dată=2009|pagini=29–1, 25–14, 22–1|url=https://books.google.com/books?id=8M0IqvcsHisC&pg=PT640|isbn=978-1-4200-5423-1|data-accesării=2009-10-01}}</ref>

=== Reglabil ===
Metamaterialele reglabile permit ajustări arbitrare pentru modificările de frecvență ale indicelui de refracție. Un metamaterial reglabil se extinde dincolo de limitele lățimii de bandă în materialele „de stânga” prin construirea diferitelor tipuri de metamateriale.

=== Plasmonic ===
Metamaterialele plasmonice exploatează [[plasmonii de suprafață]], care sunt produși din interacțiunea luminii cu {{Ill-wd|Q184996|3=dielectricii}} metalici. În condiții specifice, lumina incidentă se cuplează cu plasmonii de suprafață pentru a crea [[Radiație electromagnetică|unde electromagnetice]] care se propagă sau unde de suprafață <ref>{{Citat revistă|nume=Takayama, O.|nume2=Bogdanov, A. A.|prenume2=Lavrinenko, A. V.|dată=2017|titlu=Photonic surface waves on metamaterial interfaces.|journal=Journal of Physics: Condensed Matter|volum=29|număr=46|pagini=463001|pmid=29053474|bibcode=2017JPCM...29T3001T|doi=10.1088/1361-648X/aa8bdd}}</ref>, cunoscute sub numele de [[Polaritonii plasmoni de suprafață|polaritoni plasmonici de suprafață]]. Efectul de masă negativă (densitate) este posibil datorită [[Oscilatia plasmatica|oscilațiilor plasmonice]] în vrac. <ref>{{Citat revistă|nume=Bormashenko|nume2=Legchenkova|prenume=Edward|prenume2=Irina|dată=January 2020|titlu=Negative Effective Mass in Plasmonic Systems|journal=Materials|volum=13|număr=8|pagini=1890|language=en|pmid=32316640|pmc=7215794|bibcode=2020Mate...13.1890B|doi=10.3390/ma13081890}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Bormashenko|nume2=Legchenkova|nume3=Frenkel|prenume=Edward|prenume2=Irina|prenume3=Mark|dată=January 2020|titlu=Negative Effective Mass in Plasmonic Systems II: Elucidating the Optical and Acoustical Branches of Vibrations and the Possibility of Anti-Resonance Propagation|journal=Materials|volum=13|număr=16|pagini=3512|language=en|pmid=32784869|pmc=7476018|bibcode=2020Mate...13.3512B|doi=10.3390/ma13163512}}</ref>

== Aplicații ==
Metamaterialele sunt luate în considerare pentru numeroase aplicații. <ref name="MASSA">{{Citat revistă|nume=Oliveri|nume2=Werner|nume3=Massa|prenume=G.|prenume2=D.H.|prenume3=A.|dată=2015|titlu=Reconfigurable electromagnetics through metamaterials – A review|journal={{Ill-wd|Q3021749|3=Proceedings of the IEEE}}|volum=103|număr=7|pagini=1034–56|doi=10.1109/JPROC.2015.2394292}}</ref> Antenele realizate din metamateriale sunt disponibile pe piață.

În 2007, un cercetător a declarat că pentru ca aplicațiile metamaterialelor să fie realizate, trebuie reduse pierderile de energie, materialele trebuie extinse în [[Izotropie|materiale izotropice]] tridimensionale și tehnicile de producție trebuie industrializate. <ref name="goals">{{Citat web|url=http://eurekalert.org/pub_releases/2007-01/dl-mft010407.php?light|nume=Costas Soukoulis|titlu=Metamaterials found to work for visible light|publisher=DOE /{{Ill-wd|Q4745875|3=Ames Laboratory}}|date=2007-01-04|accessdate=2009-11-07|archive-date=2009-07-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20090713063421/http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-01/dl-mft010407.php?light|dead-url=yes}}</ref>

=== Antene ===
Antenele realizate din metamateriale sunt un tip de [[Antenă (radio)|antene]] care utilizează metamateriale pentru o performanță îmbunătățită. <ref name="radiation-properties"/> <ref name="slyusarmeta"/> <ref name="Directive-emission">{{Citat revistă|nume=Enoch|nume2=Tayeb|nume3=Sabouroux|nume4=Guérin|nume5=Vincent|prenume=Stefan|prenume2=GéRard|prenume3=Pierre|prenume4=Nicolas|prenume5=Patrick|an=2002|titlu=A Metamaterial for Directive Emission|url=https://semanticscholar.org/paper/51853782f709864557dc3d8fa7ebf18e8b3ade44|journal=Physical Review Letters|volum=89|număr=21|pagină=213902|pmid=12443413|bibcode=2002PhRvL..89u3902E|doi=10.1103/PhysRevLett.89.213902}}</ref> <ref name="neg-group-vel-1">{{Citat revistă|nume=Siddiqui|nume2=Mo Mojahedi|nume3=Eleftheriades|prenume=O.F.|prenume3=G.V.|an=2003|titlu=Periodically loaded transmission line with effective negative refractive index and negative group velocity|journal=IEEE Transactions on Antennas and Propagation|volum=51|număr=10|pagini=2619–25|bibcode=2003ITAP...51.2619S|doi=10.1109/TAP.2003.817556}}</ref> Demonstrațiile au arătat că metamaterialele pot spori [[Intensitate (fizica)|puterea radiată]] a unei antenei. <ref name="radiation-properties" /> <ref name="Antenna-substrate">{{Citat revistă|nume=Wu|nume2=W. Wang, J. Pacheco, X. Chen, T. Grzegorczyk and J. A. Kong|nume3=Pacheco|nume4=Chen|nume5=Grzegorczyk|nume6=Kong|prenume=B.-I.|prenume3=Joe|prenume4=Xudong|prenume5=Tomasz M.|prenume6=Jin Au|an=2005|titlu=A Study of Using Metamaterials as Antenna Substrate to Enhance Gain|journal=Progress in Electromagnetics Research|volum=51|pagini=295–28|doi=10.2528/PIER04070701}}</ref> Materialele care pot atinge permeabilitatea negativă permit proprietăți precum dimensiunea mică a antenei, directivitate ridicată și frecvență reglabilă. <ref name="radiation-properties"/> <ref name="slyusarmeta" />

=== Absorbant ===
Un absorbant de metamaterial manipulează componentele de pierdere ale permitivității și permeabilității magnetice ale metamaterialelor, pentru a asimila cantități mari de [[radiație electromagnetică]]. Aceasta este o caracteristică utilă pentru [[fotodetecție]] <ref>{{Citat revistă|nume=Li|nume2=Valentine|prenume=W.|prenume2=J.|an=2014|titlu=Metamaterial Perfect Absorber Based Hot Electron Photodetection|journal=Nano Letters|volum=14|număr=6|pagini=3510–14|pmid=24837991|bibcode=2014NanoL..14.3510L|doi=10.1021/nl501090w}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Yu|nume2=Wu|nume3=Ashalley|nume4=Govorov|nume5=Wang|prenume=Peng|prenume2=Jiang|prenume3=Eric|prenume4=Alexander|prenume5=Zhiming|dată=2016|titlu=Dual-band absorber for multispectral plasmon-enhanced infrared photodetection|url=https://discovery.ucl.ac.uk/id/eprint/1522579/1/JPD%20final%20version.pdf|journal=Journal of Physics D: Applied Physics|volum=49|număr=36|pagini=365101|language=en|issn=0022-3727|bibcode=2016JPhD...49J5101Y|doi=10.1088/0022-3727/49/36/365101}}</ref> și aplicații [[Solar fotovoltaic|solare fotovoltaice.]] <ref>{{Citat revistă|nume=Yu|nume2=Besteiro|nume3=Huang|nume4=Wu|nume5=Fu|nume6=Tan|nume7=Jagadish|nume8=Wiederrecht|nume9=Govorov|prenume=Peng|prenume2=Lucas V.|prenume3=Yongjun|prenume4=Jiang|prenume5=Lan|prenume6=Hark H.|prenume7=Chennupati|prenume8=Gary P.|prenume9=Alexander O.|an=2018|titlu=Broadband Metamaterial Absorbers|journal=Advanced Optical Materials|volum=7|număr=3|pagini=1800995|language=en|issn=2195-1071|doi=10.1002/adom.201800995}}</ref> Componentele de pierdere sunt, de asemenea, relevante în aplicațiile cu indice de refracție negativ (metamateriale fotonice, sisteme de antene) sau în [[Optica de transformare|optica transformatoare]] ([[Demascarea metamaterialelor|deghizare cu metamateriale]], mecanică cerească), dar nu sunt utilizate adesea în aceste aplicații.

=== Superlentile ===
O ''superlentilă'' este un dispozitiv bi sau tridimensional care utilizează metamateriale, de obicei cu proprietăți de refracție negativă, pentru a obține o rezoluție dincolo de [[limita de difracție]] (în mod ideal, rezoluție infinită). Un astfel de comportament este posibil datorită capacității materialelor dublu-negative de a produce viteză de fază negativă. Limita de difracție este inerentă dispozitivelor optice convenționale sau lentilelor. <ref name="perfect-lens-2000">{{Citat revistă|nume=Pendry|prenume=J. B.|an=2000|titlu=Negative Refraction Makes a Perfect Lens|journal=Physical Review Letters|volum=85|număr=18|pagini=3966–69|pmid=11041972|bibcode=2000PhRvL..85.3966P|doi=10.1103/PhysRevLett.85.3966}}</ref> <ref name="thin-sliver">{{Citat revistă|nume=Fang|nume2=Lee|nume3=Sun|nume4=Zhang|prenume=N.|prenume2=H|prenume3=C|prenume4=X|an=2005|titlu=Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens|url=https://semanticscholar.org/paper/58d66948e42c0613656d26f3909704dd655d1691|journal=Science|volum=308|număr=5721|pagini=534–37|pmid=15845849|bibcode=2005Sci...308..534F|doi=10.1126/science.1108759}}</ref>

=== Dispozitive de deghizare ===
Metamaterialele reprezintă un potențial prilej pentru crearea unui [[Dispozitiv de acoperire|dispozitiv de deghizare]] realist. Acest principiu a fost demonstrat în 19 octombrie 2006. Nu se cunoaște în mod public dacă există astfel de dispozitive. <ref>{{Citat știre|title=First Demonstration of a Working Invisibility Cloak|url=http://www.dukenews.duke.edu/2006/10/cloakdemo.html|accessdate=2009-05-05|publisher=Office of News & Communications Duke University|archiveurl=https://web.archive.org/web/20090719231753/http://www.dukenews.duke.edu/2006/10/cloakdemo.html|archivedate=July 19, 2009}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Schurig, D.|nume2=Mock|nume3=Justice|nume4=Cummer|nume5=Pendry|nume6=Starr|nume7=Smith|prenume2=J. J.|prenume3=B. J.|prenume4=S. A.|prenume5=J. B.|prenume6=A. F.|prenume7=D. R.|an=2006|titlu=Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies|url=https://semanticscholar.org/paper/9880699907547b7f4bcbad05a3c466c425d5395f|journal=Science|volum=314|număr=5801|pagini=977–80|pmid=17053110|bibcode=2006Sci...314..977S|doi=10.1126/science.1133628|display-authors=1}}</ref> <ref>{{Citat știre|title=Experts test cloaking technology|url=http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/6064620.stm|data=2006-10-19|accessdate=2008-08-05|journal=[[BBC News]]}}</ref> <ref>{{Citat web|url=http://www.purdue.edu/uns/x/2007a/070402ShalaevCloaking.html|titlu=Engineers see progress in creating 'invisibility cloak'|lucrare=purdue.edu}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Alù|nume2=Engheta|prenume=Andrea|prenume2=Nader|an=2005|titlu=Achieving transparency with plasmonic and metamaterial coatings|journal=Phys. Rev. E|volum=72|număr=1|pagină=016623|pmid=16090123|bibcode=2005PhRvE..72a6623A|doi=10.1103/PhysRevE.72.016623}}</ref> <ref>Merritt, Richard (January 2009) "[http://news.duke.edu/2009/01/invis09.html Next Generation Cloaking Device Demonstrated: Metamaterial renders object 'invisible'"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090220020959/http://news.duke.edu/2009/01/invis09.html|date=February 20, 2009}}</ref>

=== Metamateriale cu secțiune transversală radar (RCS) redusă ===
În mod convențional, RCS a fost redusă fie prin intermediul [[Material absorbant radar|materialului absorbant radar]] (RAM), fie prin modelarea intenționată a țintelor, astfel încât energia dispersată să fie redirecționată departe de sursă. În timp ce RAM funcționează cu o bandă de frecvență îngustă, modelarea intenționată limitează performanța aerodinamică a țintei. Mai recent, au fost sintetizate metamateriale sau metasuprafețe care pot redirecționa energia dispersată departe de sursă, folosind fie teoria matricei, <ref name="A. Modi 19 2">{{Citat revistă|nume=Modi|nume2=Alyahya|nume3=Balanis|nume4=Birtcher|prenume=A. Y.|prenume2=M. A.|prenume3=C. A.|prenume4=C. R.|an=2019|titlu=Metasurface-Based Method for Broadband RCS Reduction of Dihedral Corner Reflectors with Multiple Bounces|journal=IEEE Transactions on Antennas and Propagation|volum=67|număr=3|pagină=1|doi=10.1109/TAP.2019.2940494}}</ref> <ref name="A. Modi 19">{{Citat revistă|nume=Modi|nume2=Balanis|nume3=Birtcher|nume4=Shaman|prenume=A. Y.|prenume2=C. A.|prenume3=C. R.|prenume4=H.|an=2019|titlu=New Class of RCS-Reduction Metasurfaces Based on Scattering Cancellation Using Array Theory|journal=IEEE Transactions on Antennas and Propagation|volum=67|număr=1|pagini=298–308|bibcode=2019ITAP...67..298M|doi=10.1109/TAP.2018.2878641}}</ref> <ref name="A. Modi 17">{{Citat revistă|nume=Modi|nume2=Balanis|nume3=Birtcher|nume4=Shaman|prenume=Anuj Y.|prenume2=Constantine A.|prenume3=Craig R.|prenume4=Hussein N.|an=2017|titlu=Novel Design of Ultrabroadband Radar Cross Section Reduction Surfaces Using Artificial Magnetic Conductors|journal=IEEE Transactions on Antennas and Propagation|volum=65|număr=10|pagini=5406–5417|bibcode=2017ITAP...65.5406M|doi=10.1109/TAP.2017.2734069}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=MarÃ|nume2=de Cos|nume3=Alvarez Lopez|nume4=Las-Heras|prenume2=Elena|prenume3=Yuri|prenume4=Fernando|an=2010|titlu=A novel approach for RCS reduction using a combination of artificial magnetic conductors|journal=Progress in Electromagnetics Research|volum=107|pagini=147–159|doi=10.2528/PIER10060402}}</ref> fie legea generalizată a lui Snell. <ref>{{Citat revistă|nume=Li|nume2=Zhang|nume3=Qu|nume4=Wang|nume5=Chen|nume6=Xu|nume7=Zhang|prenume=Yongfeng|prenume2=Jieqiu|prenume3=Shaobo|prenume4=Jiafu|prenume5=Hongya|prenume6=Zhuo|prenume7=Anxue|an=2014|titlu=Wideband radar cross section reduction using two-dimensional phase gradient metasurfaces|journal=Applied Physics Letters|volum=104|număr=22|pagină=221110|bibcode=2014ApPhL.104v1110L|doi=10.1063/1.4881935}}</ref> <ref name="capasso">{{Citat revistă|nume=Yu|nume2=Genevet|nume3=Kats|nume4=Aieta|nume5=Tetienne|nume6=Capasso|nume7=Gaburro|prenume=Nanfang|prenume2=Patrice|prenume3=Mikhail A.|prenume4=Francesco|prenume5=Jean-Philippe|prenume6=Federico|prenume7=Zeno|dată=October 2011|titlu=Light Propagation with Phase Discontinuities: Generalized Laws of Reflection and Refraction|url=https://semanticscholar.org/paper/5d4db767803b8d0b17c3df8639aae94c4367ec8e|journal=Science|volum=334|număr=6054|pagini=333–7|pmid=21885733|bibcode=2011Sci...334..333Y|doi=10.1126/science.1210713}}</ref> Acest lucru a dus la forme aerodinamice favorabile pentru țintele cu RCS redusă.

=== Protecție seismică ===
Metamaterialele seismice contracarează efectele adverse ale undelor seismice asupra construcțiilor artificiale. <ref name="control_elastic_waves"/> <ref name="seismic-cloak">{{Citat web|url=http://www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=218600378|nume=Johnson|titlu=Metamaterial cloak could render buildings 'invisible' to earthquakes|publisher=EETimes.com|date=2009-07-23|accessdate=2009-09-09|first1=R. Colin}}</ref> <ref name="seismic-cloak-2">{{Citat știre|title=Invisibility cloak could hide buildings from quakes|url=https://www.newscientist.com/article/dn17378-invisibility-cloak-could-hide-buildings-from-quakes.html#|prenume=Colin|nume=Barras|data=2009-06-26|accessdate=2009-10-20|page=1|journal=New Scientist}}</ref>

=== Filtrarea sunetului ===
Metamaterialele care prezintă cute la scară nanometrică ar putea controla semnale sonore sau luminoase, cum ar fi schimbarea culorii unui material sau îmbunătățirea rezoluției [[Ultrasunet|ultrasunetelor.]] Utilizările includ [[Control nedistructiv|testarea nedistructivă a materialelor]], [[Diagnostic medical|diagnosticarea medicală]] și [[Suprimarea sunetului|blocarea sunetului]]. Materialele pot fi realizate printr-un proces foarte precis de acoperire multistrat. Grosimea fiecărui strat poate fi controlată la o fracțiune de lungime de undă. Apoi, materialul este comprimat, creându-se cute precise a căror distanță poate provoca dispersarea frecvențelor selectate. <ref>{{Citat web|url=http://www.kurzweilai.net/wrinkled-metamaterials-for-controlling-light-and-sound-propagation|titlu=Wrinkled metamaterials for controlling light and sound propagation|publisher=KurzweilAI|date=2014-01-28|accessdate=2014-04-15}}</ref> <ref>{{Citat revistă|nume=Rudykh|nume2=Boyce|prenume=S.|prenume2=M. C.|an=2014|titlu=Transforming Wave Propagation in Layered Media via Instability-Induced Interfacial Wrinkling|journal=Physical Review Letters|volum=112|număr=3|pagină=034301|pmid=24484141|bibcode=2014PhRvL.112c4301R|doi=10.1103/PhysRevLett.112.034301}}</ref>

== Modele teoretice ==
Toate materialele sunt făcute din [[Atom|atomi]], care sunt [[Dipol|dipoli]]. Acești dipoli modifică viteza luminii cu un factor ''n'' (indicele de refracție). Într-un rezonator cu inel secționat, inelul și unitățile de sârmă acționează ca dipoli atomici: sârma acționează ca un atom [[Feroelectrice|feroelectric]], iar inelul acționează ca un [[inductor]] ''L,'' în timp ce secțiunea deschisă acționează ca un [[Condensator electric|condensator]] ''C.'' Inelul în ansamblu acționează ca un [[circuit oscilant]]. Când câmpul electromagnetic trece prin inel, se creează curent indus. Câmpul generat este perpendicular pe câmpul magnetic al luminii. Rezonanța magnetică rezultă într-o permeabilitate negativă, iar indicele de refracție este, de asemenea, negativ. (Lentila nu este cu adevărat plată, deoarece capacitatea electrică a structurii impune o pantă pentru inducția electrică.)

Câteva materiale (matematice) modelează [[Răspuns în frecvență|răspunsul în frecvență]] în DNG-uri. Unul dintre acestea este [[model Lorentz|modelul Lorenz]], care descrie mișcarea electronilor cu privire la un [[oscilator armonic]] cu forță de frecare diminuată. {{Ill-wd|Q184996|3=Modelul Debye}} se aplică atunci când componenta [[Accelerație|''accelerație'']] a modelului Lorenz este mică în comparație cu celelalte componente ale ecuației. [[Model Drude|Modelul Drude]] se aplică atunci când componenta ''forță elastică'' este neglijabilă și coeficientul de cuplare este, în general, [[Frecvența plasmatică|frecvența de plasmă]]. Alte diferențe ale componentelor impun utilizarea unuia dintre aceste modele în funcție de polaritatea sau scopul acestora. <ref name="physicsengineering1"/>

Compozitele tridimensionale de incluziuni metalice/nemetalice încorporate periodic sau aleatoriu într-o matrice cu permitivitate scăzută sunt modelate, de obicei, prin metode analitice, inclusiv combinarea formulelor chimice și metode bazate pe dispersarea matricei. Particula este modelată fie de un dipol electric paralel cu câmpul electric, fie de o pereche de dipoli electrici și magnetici încrucișați, paralelă cu câmpurile electrice și, respectiv, magnetice ale undei aplicate. Acești dipoli sunt termenii principali din dezvoltarea multipolă. Sunt singurii care există într-o sferă omogenă a cărei [[polarizabilitate]] poate fi obținută cu ușurință din [[Mie împrăștiere|coeficienții de împrăștiere Mie.]] În general, această procedură este cunoscută sub numele de „aproximarea momentului dipolar”, care este o aproximare bună pentru metamaterialele care sunt formate din compozite cu sfere electrice mici. Printre meritele acestor metode se numără costul scăzut de calcul și simplitatea matematică. <ref name="Shore2007">
{{Citat revistă|nume=Shore|nume2=Yaghjian|prenume=R. A.|prenume2=A. D.|an=2007|titlu=Traveling waves on two- and three-dimensional periodic arrays of lossless scatterers|journal=Radio Science|volum=42|număr=6|pagini=RS6S21|bibcode=2007RaSc...42.6S21S|doi=10.1029/2007RS003647}}
</ref> <ref name="Li2012">
{{Citat revistă|nume=Li|nume2=Bowler|prenume=Y.|prenume2=N.|an=2012|titlu=Traveling waves on three-dimensional periodic arrays of two different magnetodielectric spheres arbitrarily arranged on a simple tetragonal lattice|journal=IEEE Transactions on Antennas and Propagation|volum=60|număr=6|pagini=2727–39|bibcode=2012ITAP...60.2727L|doi=10.1109/tap.2012.2194637}}
</ref>

Trei concepții (mediul cu indice negativ, [[Istoria metamaterialelor|cristalul nereflectant]] și superlentilele) stau la baza teoriei metamaterialelor.

== Rețele instituționale ==

=== MURI ===
''The Multidisciplinary University Research Initiative'' (MURI) cuprinde zeci de universități și câteva organizații guvernamentale. Printre universitățile participante se numără ''University of California, Berkeley; University of California, Los Angeles; University of California, San Diego; Massachusetts Institute of Technology'' și ''Imperial College'' din Londra. Sponsorii sunt ''[[Biroul de Cercetare Navală|Office of Naval Research]]'' și [[Defense Advanced Research Projects Agency|''Defense Advanced Research Project Agency'']] . <ref name="MURI-Univ">{{Citat web|url=http://xlab.me.berkeley.edu/MURI/MURI.html|nume=MURI metamaterials|titlu=Scalable and Reconfigurable Electromagnetic Metamaterials and Devices|accessdate=2009-12-08|first1=UC Berkeley|year=2009|archive-date=2009-12-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20091203002249/http://xlab.me.berkeley.edu/MURI/MURI.html|dead-url=yes}}</ref>

MURI sprijină cercetarea în care se intersectează mai multe discipline științifice și inginerești tradiționale, pentru a accelera atât procesul de cercetare, cât și punerea în practică. Începând cu 2009, se aștepta ca 69 de instituții academice să participe la 41 de eforturi de cercetare. <ref name="DOD-MURI">{{Citat web|url=http://www.defense.gov/releases/release.aspx?releaseid=12657|nume=U.S. Department of Defense|titlu=DoD Awards $260 Million in University Research Funding|publisher=DoD|date=2009-05-08|accessdate=2009-12-08|archiveurl=https://web.archive.org/web/20100302010715/http://www.defense.gov/releases/release.aspx?releaseid=12657|first1=Office of the Assistant Secretary of Defense (Public Affairs)|archivedate=March 2, 2010}}</ref>

=== Metamorphose VI AISBL ===
''The Virtual Institute for Artificial Electromagnetic Materials and Metamaterials'', pe scurt „Metamorphose VI AISBL”, este o asociație internațională de promovare a materialelor și metamaterialelor electromagnetice artificiale. Aceasta organizează conferințe științifice, susține reviste de specialitate, creează și gestionează programe de cercetare, oferă programe de formare (inclusiv programe de doctorat și de formare pentru partenerii industriali) și transfer tehnologic către industria europeană. <ref name="Metamorphose-01">
{{Citat web|url=http://www.metamorphose-vi.org/|nume=Tretyakov|titlu=Metamorphose|publisher=Metamorphose VI|date=2009-12-13|accessdate=2009-12-13|first1=Prof. Sergei; President of the Association|last2=Dr. Vladmir Podlozny|last3=Secretary General|lucrare=Metamaterials research and development|format=See the "About" section of this web site for information about this organization.}}</ref> <ref name="Metamorphose-02">
{{Citat revistă|nume=de Baas|nume2=J. L. Vallés|prenume=A. F.|dată=2007-02-11|titlu=Success stories in the Materials domain|url=http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/pdf/noes-122007_en.pdf|journal=Metamorphose|volum=Networks of Excellence Key for the future of EU research|pagină=19|access-date=2009-12-13}}</ref>

== Note ==
<references />

[[Categorie:Electromagnetism]]
[[Categorie:Materiale]]