Ein QR-Code auf einer Flä­che von knapp zwei Qua­drat­mi­kro­me­ter. Mit dem kleins­ten jemals pro­du­zier­ten QR-Code schaf­fen es TU Wien und Part­ner Cera­byte in Guin­ness-Buch der Rekorde. Die Ent­wick­lung soll lang­fris­tige und ener­gie­arme Spei­che­run­gen von Daten ermöglichen.

Klein kann groß bedeu­ten. Ein For­schungs­team der TU Wien hat gemein­sam mit dem Spei­cher­tech­no­lo­gie-Unter­neh­men Cera­byte einen etwa von Ver­pa­ckun­gen bekann­ten QR-Code ent­wi­ckelt. Im Ver­gleich ist die­ser aber nur mit dem Elek­tro­nen­mi­kro­skop erkenn­bar. Sein Maß beträgt exakt 1,98 Qua­drat­mi­kro­me­ter. Damit das Wort „Meter“ am Ende der Maß­ein­heit nicht in die Irre führt: Ein Qua­drat­mi­kro­me­ter beträgt 0,000001 mm². Der Rekord wurde nun geprüft und offi­zi­ell ins Guin­ness-Buch der Rekorde aufgenommen.

Kera­mi­sche Mate­ria­lien kön­nen Jahr­tau­sende über­dau­ern

Hin­ter­grund oder Sinn die­ser Ent­wick­lung ist das große Poten­zial für die lang­fris­tige Spei­che­rung von Daten: Her­kömm­li­che magne­ti­sche oder elek­tri­sche Daten­spei­cher haben oft nur eine Lebens­dauer von eini­gen Jah­ren. Wenn aller­dings Infor­ma­tion Bit für Bit in kera­mi­sche Mate­ria­lien ein­ge­schrie­ben wird, dann kön­nen diese Jahr­hun­derte oder gar Jahr­tau­sende überdauern.

„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“, erläu­tert Paul Mayr­ho­fer vom Insti­tut für Werk­stoff­wis­sen­schaft und Werk­stoff­tech­no­lo­gie der TU Wien. Ein­zelne Atome kön­nen aber dif­fun­die­ren, sie wan­dern auf andere Plätze, Lücken wer­den auf­ge­füllt, die gespei­cherte Infor­ma­tion geht ver­lo­ren. „Wir haben jetzt einen win­zi­gen, aber sta­bi­len und wie­der­holt aus­les­ba­ren QR-Code erzeugt“, so Mayrhofer.

Mate­ria­lien auch unter Extrem­be­din­gun­gen sta­bil und haltbar

Ent­schei­dend bei die­ser Ent­wick­lung 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, Stu­die­rende vom TU-Team. „Hier müs­sen Mate­ria­lien auch unter Extrem­be­din­gun­gen sta­bil und halt­bar blei­ben und genau das ist die ideale Basis für die Spei­che­rung von Daten“, so die For­scher.

In der Her­stel­lung wurde der QR-Code mit fokus­sier­ten Ionen­strah­len in eine dünne kera­mi­sche Schicht gefräst. Die ein­zel­nen Bild­punkte sind dabei nur 49 Nano­me­ter groß (Anm. Ein Nano­me­ter ist der mil­li­onste Teil eines Mil­li­me­ters). Der Code ist somit unsicht­bar, seine Details sind mit sicht­ba­rem Licht phy­si­ka­lisch nicht auf­zu­lö­sen. Erst mit dem Elek­tro­nen­mi­kro­skop zeigte sich, dass der QR-Code tat­säch­lich zuver­läs­sig aus­ge­le­sen wer­den kann.

Mehr als 2 Tera­byte an Daten auf einer A4-Seite

Bemer­kens­wert ist die Spei­cher­ka­pa­zi­tät die­ser Methode: 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, so die For­scher der TU Wien.

Bekannte magne­ti­sche und elek­tro­ni­sche Daten­trä­ger ver­lie­ren Infor­ma­tio­nen oft schon nach weni­gen Jah­ren. Ohne stän­dige Ener­gie­zu­fuhr, Küh­lung und regel­mä­ßige Migra­tion wür­den also die Spu­ren unse­rer Zeit irgend­wann ver­blas­sen. Frü­here Kul­tu­ren setz­ten sich mög­li­cher­weise auch mit die­sem Thema aus­ein­an­der, sie mei­ßel­ten ihr Wis­sen in Stein und diese Bot­schaf­ten über­dau­er­ten Jahrtausende.

Rea­lis­ti­scher Weg zu einer kli­ma­freund­li­che­ren Daten­zu­kunft

„Mit kera­mi­schen Spei­cher­me­dien ver­fol­gen wir einen ähn­li­chen Ansatz wie alte Kul­tu­ren“, sagt Alex­an­der Kirn­bauer, Senior Sci­en­tist der TU Wien „Wir schrei­ben Infor­ma­tio­nen in sta­bile, inert reagie­rende Mate­ria­lien, die dann auch zukünf­ti­gen Gene­ra­tio­nen noch voll­stän­dig zugäng­lich blei­ben“, so Kirn­bauer. Wich­tig ist zudem, dass diese Daten ohne Ener­gie­zu­fuhr halt­bar blei­ben – im Gegen­satz zu heu­ti­gen Daten­cen­tern, die enorme Men­gen an Ener­gie benö­ti­gen und somit auch zum umwelt­be­las­ten­den CO2-Aus­stoß beitragen. 

„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“, ergänzt Alex­an­der Kirn­bauer von der TU Wien. „Diese For­schung eröff­net einen rea­lis­ti­schen Weg zu einer kli­ma­freund­li­che­ren Daten­zu­kunft, wo Infor­ma­tio­nen dau­er­haft, sicher und mit mini­ma­lem Ener­gie­ein­satz gespei­chert wer­den kön­nen“. (red/​laucz, red/​cc)