Ein Glas, das in der Lage ist, Informationen in drei Dimensionen zu speichern, sie zu löschen und unendlich oft neu zu beschreiben, einfach durch die Verwendung von Licht... Diese Innovation, die aus der Materialwissenschaft stammt, eröffnet neue Perspektiven für die langfristige Datenspeicherung.
Forscher haben kürzlich ein dotiertes photochromes Glas entwickelt, das unter dem Einfluss verschiedener Lichtwellenlängen seine Farbe ändern kann. Dieses Material, das aus modifiziertem Galliumsilikat mit Magnesium- und Terbiumionen besteht, ermöglicht das Gravieren reversibler 3D-Muster. Die potenziellen Anwendungen reichen von der optischen Hochkapazitätsspeicherung über die Kryptographie bis hin zu industriellen und militärischen Anwendungen.
Das photochrome Glas: ein wiederbeschreibbarer optischer Speicher
Photochromes Glas ist bekannt für seine Fähigkeit, unter Lichteinwirkung die Farbe zu ändern. Dieses Phänomen, das als reversible Photochromie bezeichnet wird, wird bereits in Brillengläsern genutzt, die sich in der Sonne verdunkeln. Die Forscher haben diese Eigenschaft jedoch weiterentwickelt, indem sie das Glas mit Magnesium- und Terbiumionen dotiert haben.
Mithilfe eines grünen Lasers mit einer Wellenlänge von 532 Nanometern wurden komplexe Muster in das Glas graviert. Diese Muster, die anfangs violett sind, ändern ihre Farbe unter dem Einfluss verschiedener Wellenlängen. Beispielsweise emittiert Terbium unter violettem Licht von 376 nm grünes Licht, während Magnesium bei 417 nm rotes Licht erzeugt.
Um die Muster zu löschen, ohne die Struktur des Glases zu beschädigen, haben die Forscher eine Hitze von 550 °C für 25 Minuten angewendet. Diese Reversibilität ebnet den Weg für praktische Anwendungen, insbesondere für wiederbeschreibbare Datenspeicherung.
Vielversprechende Anwendungen für Speicherung und Kryptographie
Die Forscher haben die Vielseitigkeit dieses Glases demonstriert, indem sie verschiedene Muster graviert haben, von einfachen Punkten bis hin zu QR-Codes und komplexen geometrischen Formen. Die erreichte Auflösung liegt bei etwa 5 Mikrometern, was einem Zehntel der Dicke eines menschlichen Haares entspricht.
Die Stabilität der gravierten Muster ist ein weiterer großer Vorteil. Die Informationen bleiben über mehrere Monate hinweg lesbar, was die Haltbarkeit des Materials unterstreicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichermedien benötigt dieses Glas keine Energie, um die Daten zu erhalten.
Schließlich könnte diese Technologie ein wichtiger Vorteil in der Kryptographie sein. Die Möglichkeit, die Muster in verschiedenen Farben je nach verwendetem Licht zu lesen, bietet eine zusätzliche Sicherheitsebene, die ideal für sensible Anwendungen in akademischen, industriellen und militärischen Bereichen ist.
Weiterführend: Was sind die Vorteile der 3D-optischen Speicherung?
Die 3D-optische Speicherung ermöglicht das Gravieren von Informationen in mehreren Schichten eines Materials, wodurch die Speicherdichte erhöht wird. Im Gegensatz zu CDs oder DVDs, die Daten auf der Oberfläche speichern, nutzt diese Technologie das gesamte Volumen des Materials und bietet somit eine deutlich höhere Kapazität.
Einer der Hauptvorteile ist die Langlebigkeit. Herkömmliche Speichermedien wie Festplatten oder USB-Sticks verschlechtern sich mit der Zeit und benötigen Energie, um die Daten zu erhalten. Glas hingegen kann Informationen über Tausende von Jahren ohne jegliche Energiequelle bewahren.
Ein weiterer Vorteil ist die Widerstandsfähigkeit gegen extreme Bedingungen. Glas ist unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Magnetfeldern, was es zu einem idealen Medium für die Langzeitarchivierung macht. Dies macht es besonders nützlich für kritische Anwendungen wie die Speicherung wissenschaftlicher oder historischer Daten.
Schließlich ermöglicht die 3D-Technologie schnelles und präzises Lesen und Schreiben. Die zum Gravieren der Daten verwendeten Laser können eine Auflösung im Mikrometerbereich erreichen, was die Speicherung riesiger Datenmengen auf kleinem Raum ermöglicht. Diese Präzision eröffnet auch den Weg für innovative Anwendungen wie Kryptographie oder Augmented Reality.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: ACS Energy Letters