Weltrekord Wie in Stein gemeißelt: Der kleinste QR-Code der Welt speichert Information effizient und stabil

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Eintrag ins Guinness-Buch der Rekorde: Forschende der TU Wien haben die kleinsten QR-Codes, die jemals produziert und gelesen werden konnten, erzeugt. Der QR-Code hat eine Fläche von nur 1,98 µm² und soll großes Potenzial für die energieeffiziente Datenspeicherung mit bemerkenswerter Kapazität haben.

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 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.

Wenn man Information Bit für Bit in keramische Materialien einschreibt, kann sie Jahrhunderte oder gar Jahrtausende überdauern.

Möglichst klein, möglichst stabil und lesbar 

„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.“

Zuverlässig auslesbar im Elektronenmikroskop

Entscheidend dafür ist die Wahl des passenden Materials. 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. 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.

Effizienter Langzeit-Speicher für das Informationszeitalter

Magnetische und elektronische Datenträger verlieren Informationen oft schon nach wenigen Jahren; ohne ständige Energiezufuhr, Kühlung und regelmäßige Migration verblassen die Spuren. Frühere Kulturen meißelten ihr Wissen in Stein – und diesen Ansatz verfolgt das Team mit den keramischen Speichermedien. Informationen werden in stabile, inert reagierende Materialien gespeichert, die den Lauf der Zeit überstehen. 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.
 

Nur 37 Prozent der Größe des bisherigen Weltrekordhalters

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 jetzt vermessene QR-Code hat nur 37 Prozent der Größe des bisherigen Weltrekordhalters.
 

Das Team plant, nun auch andere Materialien zu testen, die Schreibgeschwindigkeit zu erhöhen und skalierbare Herstellungsverfahren zu entwickeln. Diese Forschung eröffnet damit einen realistischen Weg zu einer klimafreundlicheren Datenzukunft – in der Informationen dauerhaft, sicher und mit minimalem Energieeinsatz gespeichert werden können.