Investigadores han desarrollado metamateriales difusivos que manipulan el flujo de partículas o energía de manera análoga a cómo los metamateriales ópticos controlan la luz. Estos nuevos materiales, que operan en el régimen de la difusión, permiten guiar, concentrar o desviar partículas o calor con una precisión sin precedentes. La clave de su funcionamiento reside en una dualidad entre la geometría del material y las propiedades físicas de la difusión, lo que permite diseñar estructuras que imitan comportamientos observados en sistemas biológicos para optimizar el transporte. Este avance abre la puerta a una nueva clase de materiales con aplicaciones en campos tan diversos como la ingeniería térmica, la medicina y la catálisis.

Tradicionalmente, el control de la difusión se ha logrado mediante la alteración de la composición química o la porosidad de los materiales. Sin embargo, este enfoque tiene limitaciones en cuanto a la precisión y la capacidad de adaptación. Los metamateriales difusivos superan estas barreras al emplear una "ingeniería del espacio" que moldea las trayectorias de las partículas difusivas. Esto se consigue a través de estructuras periódicas o aperiódicas diseñadas a microescala, que crean un medio efectivo con propiedades difusivas anisotrópicas y no homogéneas. La analogía con la óptica permite aplicar principios de diseño ya establecidos en el control de ondas a la manipulación de fenómenos difusivos, lo que acelera el desarrollo de estos nuevos materiales.

La metodología utilizada se basa en la explotación de la dualidad físico-geométrica, donde las variaciones en la geometría del material (por ejemplo, la forma y el tamaño de los poros o canales) se traducen directamente en cambios en los coeficientes de difusión efectivos. Esto permite un diseño inverso, donde se especifica un comportamiento difusivo deseado y se deduce la geometría necesaria para lograrlo. Los experimentos han demostrado la capacidad de estos metamateriales para crear "lentes difusivas" que enfocan el calor o las partículas, así como "capas de invisibilidad difusiva" que ocultan objetos al flujo de difusión. Estas capacidades tienen implicaciones significativas para la gestión térmica en dispositivos electrónicos, la entrega controlada de fármacos y la mejora de la eficiencia en reacciones catalíticas.