물질의 특성은 전자의 운동을 통해 유도되므로, 물성의 근본적 이해는 이러한 전자들의 움직임이 나타나는 펨토초-나노미터 스케일의 양자 시공간에서의 동역학 변화를 체계적으로 구명하는 노력으로 얻을 수 있다.. 포스텍 초고속 과학 연구분야에서는 응집된 물질에서 나타나는 펨토초 물성현상을 직접적으로 관측하고 또 자유롭게 조절하는데 관심을 집중하고 있다..

초분해 이미징 및 분광학 SUPER-RESOLUTION IMAGING & SPECTROSCOPY (박경덕) 

빛의 회절한계를 극복하는 초고속 (<100 fs) 초분해 (<10 nm) 현미경과 분광법을 개발하여 기존 시간 및 공간분해능 한계로 관찰하지 못하던 새로운 물리적 현상을 규명한다. 장비 개발 측면에서는 기존 근접장 현미경의 패러다임을 바꾸는 새로운 optical instrumentation을 추구하며, 특성 규명 측면에서는 주로 저차원 양자물질의 나노스케일 영역에서 새로이 발현하는 물리적 특성, 물질 속에 존재하는 다양한 준입자의 거동 등을 규명한다. 또한, 빛과 물질의 강한 상호작용에서 생성되는 새로운 종류의 준입자의 양자광학적 특성을 탐구한다.  

펨토초 엑스선 회절-이미징 연구실 (송창용)  

극한 광원(예: 엑스선 자유전자 레이저)을 이용한 펨토초 시분해 실험으로 물질의 비평형 상태를 유도하고 이때 나타나는 물질의 숨겨진 새로운 특성을  탐색하고 규명하는 연구를 진행하고 있다. 펨토초-나노스케일의 상전이 과정을 직접 관측하고 임의로 조절하기 위한 단일펄스 펨토초 엑스선 회절 이미징 실험 방법을 독자적으로 개발하여 강한 비평형 상태에서 나타나는 미지의 물리현상을 이해하려는 연구를 수행 중이다.