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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme für die 4D ultraschnelle Elektronenmikroskopie (UEM)–in situ Bildgebung mit ultraschneller Zeitauflösung in TEM. Einzelelektronenbildgebung wird als eine Komponente der 4D-UEM Technik benutzt, um hohe räumliche und zeitliche Auflösung zu erreichen, die mittels konventioneller Techniken unerreichbar ist. Andere Ausführungen der vorliegenden Erfindungen betreffen Verfahren und Systeme zur konvergenter-Strahl-UEM, wobei die Elektronenstrahlen auf die Probe fokussiert werden, um strukturelle Charakteristika in drei Dimensionen als Funktion der Zeit zu messen. Zusätzlich stellen Ausführungen nicht nur 4D-Bildgebung von Proben zur Verfügung, sondern auch eine Charakterisierung der Elektronenenergie durch zeitaufgelöste Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS).
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