Un compuesto diseñado cuya estructura a escala sublongitud de onda o mesoscalas produce propiedades de respuesta macroscópicas emergentes (mecánicas, electromagnéticas, acústicas, térmicas) que difieren cualitativamente de las de los materiales constituyentes.

Principio

El diseño de la geometría, la disposición y los contrastes de constituyentes en escalas comparables o menores que la longitud de onda relevante genera respuestas del medio efectivo gobernadas por la estructura tanto como por la composición.

Demostración

Una pila de inclusiones metálicas y huecos dieléctricos dispuesta para producir un índice de refracción efectivo con signo opuesto al de cualquiera de los materiales en frecuencias objetivo, permitiendo propagación de ondas hacia atrás.

Aplicación incorrecta

Atribuir una respuesta anómala observada únicamente a la química del material sin considerar la geometría diseñada y su escala relativa a la longitud de onda de excitación conduce a perder mecanismos importantes.

Consecuencia

El diseño correcto permite guiar ondas a medida, aproximaciones de camuflaje, bandas prohibidas, parámetros efectivos negativos o módulos mecánicos inusuales que habilitan funciones no accesibles con materiales homogéneos.

Inversión

Un material homogéneo e isotrópico cuya respuesta se deriva directamente de su composición microscópica intrínseca sin efectos emergentes impulsados por la geometría.

Límite

Se aplica a compuestos cuyo comportamiento funcional surge de una estructura diseñada a escalas subordinadas a la longitud de onda de aplicación; excluye policristales aleatorios o mezclas ordinarias sin diseño mesoscalar deliberado.

Tensión semántica

Existe tensión entre atribuir el rendimiento a la química del material o a la arquitectura estructural; las descripciones efectivas sacrifican el detalle espacial por parámetros homogenizados.

Síntesis

Un metamaterial es un compuesto estructurado cuya geometría diseñada a pequeña escala produce respuestas macroscópicas emergentes distintas de sus constituyentes, permitiendo control novedoso de ondas o esfuerzos.