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Ins Guinness-Buch der Rekorde schafft es die TU Wien gemeinsam mit ihrem Partnerunternehmen Cerabyte – mit den kleinsten QR-Codes, die jemals produziert und gelesen werden konnten.
Wie klein kann ein QR-Code eigentlich sein? So klein, dass man ihn nur noch mit einem Elektronenmikroskop erkennen kann. Das bewies nun ein Forschungsteam der TU Wien gemeinsam mit dem Speichertechnologie-Unternehmen Cerabyte. Der QR-Code hat eine Fläche von nur 1,98 Quadratmikrometern – kleiner als die meisten Bakterien. Der Rekord wurde nun geprüft und offiziell ins Guinness-Buch der Rekorde aufgenommen.
Die Technologie hat großes Potenzial für die langfristige Speicherung von Daten: Herkömmliche magnetische oder elektrische Datenspeicher haben oft nur eine Lebensdauer von einigen Jahren. Doch wenn man Information Bit für Bit in keramische Materialien einschreibt, kann sie Jahrhunderte oder gar Jahrtausende überdauern.
Möglichst klein – und möglichst stabil
„Die Struktur, die wir hier erzeugen, ist so fein, dass man sie mit Lichtmikroskopen gar nicht erkennen kann“, sagt Prof. Paul Mayrhofer vom Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der TU Wien. „Das ist aber noch gar nicht das wirklich Bemerkenswerte daran. Strukturen im Mikrometer-Bereich sind heute nichts Ungewöhnliches, sogar Muster aus einzelnen Atomen lassen sich heute herstellen. Dabei entsteht aber noch kein stabiler, lesbarer Code.“
Einzelne Atome können diffundieren, sie wandern auf andere Plätze, Lücken werden aufgefüllt, die gespeicherte Information geht verloren. „Was wir gemacht haben, ist etwas ganz anderes“, erklärt Mayrhofer. „Wir haben einen winzigen, aber stabilen und wiederholt auslesbaren QR-Code erzeugt.“
Dünne Filme aus Keramik
Entscheidend dafür ist die Wahl des passenden Materials. „Wir forschen an keramischen Dünnfilmen, wie man sie etwa auch für die Beschichtung von Hochleistungs-Werkzeugen braucht“, erklären Erwin Peck und Balint Hajas, die am Aufstellen des Weltrekords wesentlich beteiligt waren. „Bei Hochleistungs-Werkzeugen ist es wichtig, dass die Materialien auch unter Extrembedingungen stabil und haltbar bleiben. Und genau das macht diese Materialien auch ideal für Datenspeicherung.“
Mit fokussierten Ionenstrahlen fräste das Team den QR-Code in eine dünne keramische Schicht. Die einzelnen Bildpunkte sind nur 49 Nanometer groß – eine einzige Wellenlänge sichtbaren Lichts ist ungefähr zehnmal größer. Der Code ist somit absolut unsichtbar, seine Details sind mit sichtbarem Licht physikalisch nicht aufzulösen – ähnlich wie es für den dicken Fuß eines Elefanten prinzipiell unmöglich ist, Brailleschrift zu ertasten. Doch mit einem Elektronenmikroskop zeigte sich: Der QR-Code kann tatsächlich zuverlässig ausgelesen werden.
Die Speicherkapazität dieser Methode ist bemerkenswert: Auf der Fläche einer A4-Seite könnte man auf diese Weise mehr als 2 Terabyte an Daten unterbringen – und im Gegensatz zu herkömmlichen Speichern sind solche Keramik-Speicher ohne Energiebedarf fast unbegrenzt haltbar.
Langzeit-Speicher für das Informationszeitalter
„Wir leben heute im Informationszeitalter, doch ausgerechnet unsere eigene Epoche speichert ihr Wissen in Medien, die erstaunlich kurzlebig sind“, sagt Alexander Kirnbauer. Magnetische und elektronische Datenträger verlieren Informationen oft schon nach wenigen Jahren; ohne ständige Energiezufuhr, Kühlung und regelmäßige Migration verblassen die Spuren unserer Zeit. Frühere Kulturen meißelten ihr Wissen in Stein – und diese Botschaften überdauerten Jahrtausende.
„Mit keramischen Speichermedien verfolgen wir einen ähnlichen Ansatz wie alte Kulturen, deren Inschriften wir heute noch lesen können“, sagt Alexander Kirnbauer. „Wir schreiben Informationen in stabile, inert reagierende Materialien, die den Lauf der Zeit überstehen und auch zukünftigen Generationen noch vollständig zugänglich bleiben.“
Wichtig ist auch, dass diese Daten ohne Energiezufuhr und ohne Kühlen haltbar bleiben – im Gegensatz zu heutigen Datencentern, die gewaltige Mengen an elektrischer Energie benötigen und somit auch zum CO2-Ausstoß der Menschheit beitragen.
Ins Guinness-Buch der Rekorde
Der Weltrekord – inklusive Auslese-Vorgang mit Elektronenmikroskop – wurde von TU Wien und Cerabyte gemeinsam vor Zeugen durchgeführt und von der Universität Wien, als unabhängiger Vermesser, bestätigt. An der TU Wien stehen dafür nicht nur materialwissenschaftliche Labors zur Verfügung, sondern auch die High-Tech-Elektronenmikroskope des USTEM, des Elektronenmikroskop-Zentrums der TU Wien. Der Rekord wurde nun von Guinness geprüft und offiziell anerkannt. Der nun vermessene QR-Code hat nur 37% der Größe des bisherigen Weltrekordhalters.
„Der nun bestätigte Weltrekord markiert erst den Anfang einer vielversprechenden Entwicklung“ sagt Alexander Kirnbauer. „Wir wollen nun auch andere Materialien verwenden, die Schreibgeschwindigkeit erhöhen und skalierbare Herstellungsverfahren entwickeln, damit keramische Datenspeicher nicht nur im Labor, sondern auch in der Industrie eingesetzt werden können. Gleichzeitig untersuchen wir, wie sich komplexere Datenstrukturen – weit über einfache QR-Codes hinaus – robust, schnell und energieeffizient in keramische Dünnfilme schreiben und zuverlässig auslesen lassen.“
Diese Forschung eröffnet damit einen realistischen Weg zu einer klimafreundlicheren Datenzukunft – in der Informationen dauerhaft, sicher und mit minimalem Energieeinsatz gespeichert werden können.
Prof. Paul Mayrhofer
Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie
Technische Universität Wien
+43 1 58801 30811
paul.mayrhofer@tuwien.ac.at
Der kleinste QR-Code der Welt
Source: TU Wien
Copyright: TU Wien
Das Team beim Aufstellen des Weltrekords
Source: TU Wien
Copyright: TU Wien
Criteria of this press release:
Journalists, all interested persons
Mechanical engineering
transregional, national
Research results
German
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