Od dávných časů platí – nebo platilo – že světlo se pohybuje v různých médiích různou rychlostí. K odrazu a lomu světla dochází vždy, když dopadá na nějaké rozhraní dvou médií a ve výsledku mění směr.  Konvenční zákony známé z hodin fyziky předpovídají úhel odrazu a lomu pouze na základě úhlu dopadu a vlastnosti obou médií.

Při studiu chování světla dopadajícího na povrch se vzorem kovových nanostruktur si však vědci uvědomili, že obvyklé rovnice nedostatečně popisují pozorované podivuhodné jevy.

S ohledem na studie zabývající se rozhraním dvou různých prostředí si uvědomili, že za určitých podmínek se rozhraní může chovat jako třetí médium, s vlastními odlišnými charakteristikami.  „Za obvyklých okolností je povrch hladiny rybníka prostě geometrickou hranici mezi dvěma médii, vzduchem a vodou,“ vysvětluje Nanfang Yu z Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

„Ale teď, v tomto zvláštním případě, se hranice stává aktivním rozhraním, které může ohýbat světlo samo od sebe.“.

Pole je strukturováno v měřítku mnohem tenčím než vlnová délka dopadajícího světla. To pak znamená, že na rozdíl od konvenčního optického systému, dochází na hranici mezi vzduchem a křemíkem k strmému fázovému posunu (nazvanému „fázová diskontinuita“).

Součástí povrchu jsou malé rezonátory (jakési anténky tvořené molekulami zlata), které mohou zachytit světlo a zadržet energii po určitý čas. Přechod mezi různými typy nanorezonátorů může učinně ohnout světlo ještě dřív, než se začne šířit prostřednictvím nového média.

Začleněním gradientu fáze nespojitosti na rozhraní se objeví nové zákony a celá škála možností – odražený paprsek se může odrazit dozadu místo dopředu, můžete vytvářet negativní lom, k dispozici je nový úhel pohledu úplného vnitřního odrazu.

Kromě toho, že je možné ovlivnit frekvenci (barvu) amplitudu (jas) a polarizaci světla, což znamená, že výstup je v podstatě „nově vytvořený“ paprsek.