Metamateriaali on materiaali, jolla on erityisiä ominaisuuksia, jotka johtuvat sen rakenteesta pikemminkin kuin sen kemiallisesta koostumuksesta. Tunnetuimmat metamateriaalit ovat materiaaleja, joilla on negatiivinen taitekerroin, mikä tarkoittaa, että ne taivuttavat valoa “väärään suuntaan” – eli huomattavasti enemmän kuin mikään muu materiaali, jolla on positiivinen taitekerroin.
Negatiivisia taitekerroinmateriaaleja käytetään “superlenseissä” – erityislinsseissä, jotka voivat ratkaista pienempiä ominaisuuksia kuin näkyvän valon aallonpituus, ja mahdollisilla näkymättömyyspeitteillä, jotka ohjaavat näkyvää valoa tasaisesti kohteen ympärille sen sijaan, että ne absorboisivat tai heijastaisivat sitä tavanomaisesti. Näitä materiaaleja voidaan käyttää myös plasmonikoissa, joka on eksoottinen uusi laskenta -alue, joka hyödyntää tiheysaaltoja varauskantajissa laskelmissa.
Useimpia metamateriaaleja käytetään sähkömagnetismiin ja optiikkaan liittyvissä sovelluksissa, kuten säteen ohjaimet, modulaattorit, kaistanpäästösuodattimet, linssit jne. Ne ovat solukomponenttien toistuvia ruudukkoja, joiden solukoko on suunnilleen yhtä suuri kuin sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus he yrittävät työskennellä. Mikroaaltojen uudelleenreititykseen suunnitellussa metamateriaalissa olisi siis kennoja millimetrin alueella, kun taas optiikkasovelluksiin suunnitellussa metamateriaalissa olisi paljon pienempiä soluja, noin 380 nm – 780 nm.
Metamateriaalit liittyvät usein nanoteknologiaan, koska optiikan sovelluksissa käytetyt pienet toistuvat solurakenteet mitataan nanometreinä. Metamateriaalien luominen voi vaatia uusia valmistusmenetelmiä, jotka ovat mahdollisia vain nanoteknologian avulla. Kun nanoteknologia kehittyy tulevina vuosikymmeninä, se avaa uusia metamateriaaleja ja alentaa niiden kustannuksia.
Ainakin yksi luonnollinen metamateriaali tunnetaan – opaali. Opaali koostuu kristobaliitista, korkean lämpötilan kvartsin ja tridymiitin polymorfista, joka syntyy tulivuorenpurkauksissa. Tuloksena oleva materiaali koostuu valtavasta määrästä pieniä mineraalikennoja, jotka jatkuvasti kaatuvat suhteessa toiseen, luoden monivärisen kauniin näytön, näkyvästi loistavan sinisen, makroasteikon. Tutkimus luonnollisista opaaleista ja metamateriaalin ominaisuuksista on käynnissä.