초고속 전자 현미경(Ultrafast electron microscopy, UEM)은 다양한 재료 시스템과 과학 분야 전반에 걸쳐 폭넓게 적용된다. UEM에서는 마이크로미터에서 옹스트롬에 이르는 공간 영역, 상호공간(reciprocal space)에서의 동역학, 그리고 마이크로초에서 아토초에 이르는 시간 척도에서 다중 스케일 역학을 조사하며, 에너지 분해능은 수 eV(전자볼트) 이하이다. 특히 UEM은 높은 국소 선택성을 바탕으로 초고속 구조 동역학을 시각화하는 데 중추적인 역할을 해왔고, 그 결과 비평형 상태에서 화학 결합의 동적인 성질을 탐구할 수 있으며, 자유전자 파동함수를 조작하기 위한 전자–광자 상호작용에 대한 연구도 가능하게 하였다. 이러한 돌파구는 응집물질 물리학, 화학 동역학, 양자 전기역학 분야에 새로운 기회를 창출하였다. 또한 빛–물질 상호작용과 구조–동역학–기능의 관계를 포괄적으로 규명하기 위해, 단일 장비에서 상관적 실공간 현미경을 회절촬영(diffractography) 및 분광학과 결합하여 고해상도 UEM을 달성하려는 노력이 진행 중이다. 본 총설에서는 UEM 영상화 역량과 과학적 관심사의 현재 수준을 개관하고, 관련 분야에서 UEM이 직면하는 기술적 과제를 개략적으로 제시한 뒤, 이러한 과제를 극복하기 위한 잠재적 접근 방안을 모색한다. 아울러 새롭게 부상하는 관심 분야를 강조하고, UEM의 영상화 역량을 한층 더 확장할 수 있는 향후 전망을 제시한다.

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