Mit dem kleinsten QR-Code der Welt haben es Forscher der TU Wien gemeinsam mit dem österreichisch-deutschen Startup Cerabyte ins Guinness-Buch der Rekorde geschafft. Der Code misst nicht einmal zwei Quadratmikrometer und ist damit kleiner als viele Bakterien, teilte die TU mit.
Erkennen lässt sich der in einen keramischen Dünnfilm eingeschriebene QR-Code nur im Elektronenmikroskop. Der Technologie wird großes Potenzial für die langfristige Datenspeicherung zugeschrieben. Die langfristige Speicherung von Daten ist schwierig. Herkömmliche magnetische oder elektrische Datenspeicher haben oft nur eine Lebensdauer von einigen Jahren, erhalten lassen sich derart gespeicherte Daten nur mittels ständiger Energiezufuhr, Kühlung und regelmäßiger Migration.
Keramische Dünnfilme bleiben stabil
Für die Beschichtung von Hochleistungs-Werkzeugen werden keramische Dünnfilme eingesetzt, um sie unter Extrembedingungen stabil und haltbar zu machen. „Genau das macht diese Materialien auch ideal für Datenspeicherung“, so Erwin Peck und Balint Hajas von der Forschungsgruppe Werkstoffwissenschaft Dünner Schichten in einer Aussendung der TU Wien, wo an solchen Werkstoffen geforscht wird.
Mit fokussierten Ionenstrahlen frästen die Wissenschafterinnen und Wissenschafter den QR-Code in eine dünne keramische Schicht – auf einer Fläche von nur 1,98 Quadratmikrometern. Der Code besteht aus 29 mal 29 Modulen, wobei die einzelnen Bildpunkte nur 49 Nanometer groß sind. Damit könne man sie „mit Lichtmikroskopen gar nicht erkennen“, erklärte Paul Mayrhofer vom Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der TU Wien.
Erst mit einem Elektronenmikroskop lässt sich der Code zuverlässig auslesen. Der Wiener Code ist nochmal deutlich kleiner als der aktuelle Guinness-Weltrekord von 5,38 Quadratmikrometern (ebenfalls mit 29 mal 29 Modulen und einer Bildpunktgröße von 80 Nanometer).
"Bemerkenswerte Speicherkapazität“
Die Winzigkeit des Codes ist dabei nicht so bemerkenswert. Strukturen im Mikrometer-Bereich, selbst Muster aus einzelnen Atomen lassen sich heute durchaus herstellen. „Dabei entsteht aber noch kein stabiler, lesbarer Code“, so Mayrhofer. Erst die Verwendung eines stabilen, mit seiner Umgebung kaum reagierenden Materials wie Keramik ermöglicht es, Information fast unbegrenzt ohne Energiezufuhr und Kühlung – und damit auch klimafreundlich – zu speichern. Ihren Rekord-Code hat das Forschungsteam in eine 15 Nanometer dünne Schreibschicht aus Chromnitrid eingeschrieben, die auf einem Trägermaterial aus Glas liegt.
Aus der Größe und der Anzahl der Module ergibt sich beim Rekord-QR-Code „eine Informationsdichte von 130 Bit pro Quadratmikrometer“, erklärte Erwin Peck gegenüber der APA. Grundsätzlich sieht das Forschungsteam eine „bemerkenswerte Speicherkapazität“ der Methode. Auf der Fläche einer A4-Seite könnte man auf diese Weise mehr als zwei Terabyte an Daten unterbringen.
Um keramische Datenspeicher auch in der Industrie einsetzen zu können, will das Forschungsteam künftig auch andere Materialien verwenden, die Schreibgeschwindigkeit erhöhen und skalierbare Herstellungsverfahren entwickeln. Zudem untersuchen die Wissenschafter, wie sich komplexere Datenstrukturen – weit über einfache QR-Codes hinaus – robust, schnell und energieeffizient in keramische Dünnfilme schreiben und zuverlässig auslesen lassen.
