주기적인 구조를 가지게 설계된 유전체 또는 금속 구조는 매우 특이한 전자기적 성질을 가진다. 특히, 이러한 구조체의 공간 주기가 주어진 전자기파의 파장과 비슷하거나 더 작을 경우에는, 이러한 구조체를 균일한 유효 매질 특성을 가지는 인공적인 전자기파 매질로 해석할 수 있는데, 단위 구조체의 모양과 격자의 종류를 알맞게 설계함으로써, 원하는 전자기적 매질 특성을 자유롭게 얻어낼 수 있다는 점에서 매우 흥미롭다.

이 논문에서는, 혁신적인 성질을 가지는 삼차원 유전체 광결정과 삼차원 금속 광메타물질에 대해 보고한고, 이 구조체들의 특성을 공간적인 대칭성 분석과 유효 매질 이론을 이용하여 이론적으로 규명한다. 여기서 제안된 새로운 종류의 광메타물질에 내재한 다양한 물리적 현상을 설명하기 위해 개발된 새로운 종류의 유효 매질 이론이 소개된다. 이 이론들의 예측 결과는, 주파수 영역과 시간 영역의 수치해석 방법들을 통해서 검증을 거친다.

유전체 구조로는 자발집속 광결정을 제시하는데, 결정의 공간적인 분산 특성을 특정하게 설계함으로써, 광도파로 없이도 유한한 폭을 가지는 빛다발이 회절하지 않고 집속된 상태로 전파하는 것이 가능함을 보인다. 금속 구조로는 새로운 종류의 광메타물질을 제안하고, 이들의 저주파 특성은 간단한 유효 매질 이론으로도 정확하게 기술될 수 있음을 보인다. 특히 유전체의 굴절율을 그 안에 특정한 모양의 금속 구조체들을 삽입함으로써 증폭시킬 수 있으며, 이는 높은 굴절율을 가지는 유효 매질을 가능케 한다는 것을 증명한다. 더 나아가, 여러 개의 서로 얽힌 그물형 금속 구조체들을 만들면, 일반적인 유전체 매질보다 훨씬 많은 수의 모드들이 존재할 수 있음을 밝히고, 이는 거시적인 관점에서 맥스웰 방정식이 아닌 새로운 운동방정식으로 잘 설명됨을 보인다.