Der QR-Code hat eine Fläche von nur 1,98 μm² – kleiner als die meisten Bakterien, wie die TU Wien mitteilt. „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. Das Problem lag jedoch bisher an anderer Stelle: einzelne Atome können diffundieren, sie wandern auf andere Plätze, Lücken werden aufgefüllt, die gespeicherte Information geht verloren. „Wir haben einen winzigen, aber stabilen und wiederholt auslesbaren QR-Code erzeugt“, erläutert Mayrhofer.
Dünne Schichten von Werkzeugen inspiriert
Entscheidend dafür ist das Material. „Wir forschen an keramischen Dünnfilmen, wie man sie etwa auch für die Beschichtung von Hochleistungs-Werkzeugen braucht“, sagen Erwin Peck und Balint Hajas. Mit fokussierten Ionenstrahlen fräste das Team den QR-Code in eine dünne keramische Schicht. Die einzelnen Bildpunkte sind nur 49 nm groß – eine Wellenlänge sichtbaren Lichts ist ungefähr zehnmal größer. Der Code ist somit unsichtbar, seine Details sind mit sichtbarem Licht physikalisch nicht aufzulösen. Doch mit einem Elektronenmikroskop zeigte sich: Der QR-Code kann zuverlässig ausgelesen werden.
Auf der Fläche einer A4-Seite könnte man auf diese Weise mehr als 2 Terabyte an Daten unterbringen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichern sind solche Keramik-Speicher ohne Energiebedarf fast unbegrenzt haltbar. „Wir leben heute im Informationszeitalter, doch ausgerechnet unsere eigene Epoche speichert ihr Wissen in Medien, die erstaunlich kurzlebig sind“, sagt Alexander Kirnbauer, Mitglied der Forschungsgruppe Werkstoffwissenschaft Dünner Schichten an der TU. „Mit keramischen Speichermedien verfolgen wir einen ähnlichen Ansatz wie alte Kulturen, deren Inschriften wir heute noch lesen können. Wir schreiben Informationen in stabile, inert reagierende Materialien, die den Lauf der Zeit überstehen und auch zukünftigen Generationen noch vollständig zugänglich bleiben.“
Daten bleiben ohne Energiezufuhr gespeichert
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.
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 Elektronenmikroskop-Zentrums der TU Wien Ustem. Der Rekord wurde nun für das Guinness-Buch der Rekorde geprüft und offiziell anerkannt. Der nun vermessene QR-Code hat nur 37 % der Größe des bisherigen Weltrekordhalters.
„Der Weltrekord markiert erst den Anfang einer viel versprechenden Entwicklung“ sagt 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.“