Es gibt viele Möglichkeiten, Daten abzuspeichern – etwa digital, auf einer Festplatte, oder aber auch analog, zum Beispiel in einem Hologramm. Meist ist es technisch ziemlich kompliziert, Hologramme herzustellen: Man verwendet dafür normalerweise hochpräzise Lasertechnologie.

Wenn es aber einfach nur darum geht, Daten in einem physischen Objekt abzuspeichern, dann funktioniert Holographie auch viel einfacher, wie man an der TU Wien nun zeigen konnte:  Aus ganz normalem Plastik lässt sich im 3D-Drucker eine Blende herstellen, in der man zum Beispiel einen QR-Code abspeichern kann. Ausgelesen wird die Botschaft mit Terahertz-Strahlen – also mit elektromagnetischen Feldern, die für das menschliche Auge unsichtbar sind.

Das Hologramm als Datenspeicher

Ein Hologramm ist etwas völlig anderes als ein gewöhnliches Bild. Bei einem gewöhnlichen Bild hat jeder Bildpunkt eine klar definierte Position. Reißt man ein Stück ab, ist ein Teil des Inhalts verloren.

Beim Hologramm allerdings entsteht das Bild durch Beiträge aller Bereiche des Hologramms gleichzeitig. Nimmt man ein Stück des Hologramms weg, erzeugt der Rest immer noch das vollständige Bild (wenn vielleicht auch weniger scharf.) Beim Hologramm ist die Botschaft nicht punktweise gespeichert, sondern die gesamte Botschaft ist über das gesamte Hologramm verteilt.

„Wir haben dieses Prinzip auf Terahertzstrahlen angewendet“, sagt Evan Constable vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. „Das sind elektromagnetische Strahlen im Bereich von rund hundert bis zu mehreren tausend Gigahertz, also vergleichbar mit der Strahlung eines Mobiltelefons oder eines Mikrowellenofens – aber mit deutlich höherer Frequenz.“

Diese Terahertzstrahlung wird auf eine dünne Plastikblende geschickt. Diese Blende ist für die Terahertzstrahlen beinahe transparent, hat aber einen höheren Brechungsindex als die umgebende Luft, verändert die einfallende Welle also ein jeder Stelle ein bisschen anders. „Von jedem Punkt der Blende geht dann eine Welle aus, und all diese Wellen überlagern sich miteinander“, sagt Evan Constable. „Wenn man die Dicke der Blende Punkt für Punkt genau richtig angepasst hat, dann ergibt sich aus der Überlagerung all dieser Wellen genau das gewünschte Bild.“

Es ist so ähnlich als würde man auf ausgeklügelte Weise viele kleine Steinchen in einen Teich werfen, sodass sich die Wasserwellen all dieser Steinchen zu einem ganz bestimmten Gesamt-Wellenmuster addieren.

Ein Stück billiges Plastik als High-Tech-Speicher für Wertvolles

Auf diese Weise gelang es, eine Bitcoin-Wallet-Adresse (bestehend aus 256 bit) in eine Plastikblende zu codieren. Durchstrahlt man diese Blende mit Terahertz-Stahlen der richtigen Wellenlänge, entsteht ein Terahertz-Strahlenbild, das genau den gewünschten Code ergibt. „So kann man einen Wert von zehntausenden Euro in ein Objekt auf sichere Weise einspeichern, das nur ein paar Cent kostet“, sagt Evan Constable.

Damit die Blende den richtigen Code erzeugt, muss man zunächst exakt ausrechnen, an welchem Punkt sie welche Dicke haben muss, damit sie die Terahertzwelle genau auf die richtige Weise verändert. Den Code, mit dem man dieses Dickeprofil erhält, stellten Evan Constable und seine Mitarbeiter gratis auf Github zur Verfügung. „Dann braucht man nur noch einen ganz gewöhnlichen 3D-Drucker, um die Blende auszudrucken, und schon hat man die gewünschte Information holographisch gespeichert“, erklärt Constable. Ziel der Forschungsarbeit war es nicht nur, Holographie mit Terahertzwellen möglich zu machen, sondern auch zu demonstrieren, wie gut die Technik rund um diese Wellen fortgeschritten ist, und wie präzise sich dieser bisher noch eher ungewöhnliche Bereich der elektromagnetischen Strahlung heute bereits technisch nutzen lässt.

Originalpublikation

E. Constable, J. Gospodaric, A. Pimenov; Encoding terahertz holographic bits with a computer-generated 3D-printed phase plate; Scientific Reports 14, 5549 (2024)., öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Rückfragehinweis

Dr. Evan Constable
Institut für Festkörperphysik
Technische Universität Wien
+43 1 58801 138910
evan.constable@tuwien.ac.at