[뉴스스페이스=김정영 기자] 호주 퀸즐랜드대학교 연구진이 쌀알보다 작은 실리콘 칩 위에 1마이크론(백만분의 1미터) 이하 두께의 초유체 헬륨을 도포해 세계 최소 규모의 ‘파동 수조’를 만든 연구(Science, 2025년 10월 23일 발표)가 국내외 과학계에 센세이션을 일으키고 있다.

퀸즐랜드대 공식 발표 및 Phys.org, ScienceBlog, arXiv, Ground News에 따르면, 기존 실험실 수로가 수백 미터 길이와 며칠 단위 테스트에 의존하던 것과 달리, 이 칩은 불과 밀리초 만에 실험 데이터를 모으고, 파동의 비선형성을 10만배 이상 증폭시킨다는 평가다. 

미세 바다와 초유체 헬륨: 칩 위 파동 수조의 과학적 의미

이 초소형 파동 수조의 결정적 요인은 ‘초유체 헬륨’이다. 초유체 헬륨은 일반적인 액체와 달리 극저온에서 점성 없이 마치 양자역학적으로 움직여, 미세 구조 내에서도 자유롭게 흐른다. 연구진은 굵기 100마이크론(1마이크론=0.001mm) 길이의 칩 전체에 헬륨을 얇게 도포, 레이저를 이용해 파동을 유도하고 광기계적 상호작용으로 실시간 측정을 한다.​

정점이 아닌 함몰 형태로 이동하는 솔리톤(Soliton)

이 모두가 그동안 이론적으로만 예측되고 실험적으로 검증된 적이 거의 없는 현상이다. 실험 결과에 대해 연구를 이끈 크리스토퍼 베이커 박사는 “비록 쌀알만한 칩이지만, 그 안에서 실제 해양의 거대 파동처럼 복잡하게 움직이는 모습을 수 밀리초 만에 직접 관찰했다”고 밝혔다.​

압도적인 비선형성: 우르셀 수 1억 돌파

기존 대형 해양 실험 수조에서는 최대 우르셀 수(Ursell number, 파동의 비선형성 지표)가 10-100 수준에 그친다. 이번 퀸즐랜드대 칩은 최대 1억까지 기록, 지상에서 관측 가능한 가장 극한적 파동(쓰나미, 초거대 해류 등)에 맞먹는 수준임을 보여준다. 일반적인 실험에서는 하루~몇 주 필요한 데이터가 칩에서는 100만배 빠르게(수 밀리초 내) 획득 가능하다.​

유체역학 연구의 새로운 패러다임

퀸즐랜드대 Warwick Bowen 교수는 “대규모 플룸 실험으로도 자연계 파동의 복잡성을 미처 구현하지 못했다”며, “칩 단위, 양자 정밀도 연구가 이 분야를 근본적으로 변화시킬 것”이라고 평가했다. 실제로 이번 연구는 컴퓨터 칩 설계에 쓰이는 반도체 리소그래피 기술을 파동 실험에 적용, 유체 특성을 ‘프로그래머블’하게 만들 수 있음을 시사한다.

향후 응용 분야는 기존의 해양, 기후, 항공, 선박 설계는 물론, 난류-비선형 파동 이론을 바탕으로 한 풍력 발전 효율화, 초미세 유체기기 설계, 기후 예측력 향상 등 다양하게 연결될 전망이다.​