丁洪研究团队主要利用先进谱学手段发现、理解凝聚态体系中的演生物质态(包括超导、拓扑、关联)，以设计、调控具有奇异物性的新型材料，从而实现在能源、信息等相关领域的应用。研究对象包括高温超导体系(铁基、铜氧化物超导体以及新型的非常规超导体)、拓扑体系(拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑超导体)、强关联体系、低维体系等。实验技术以角分辨光电子能谱（ARPES）和扫描隧道显微谱学（STM）为主，辅以分子束外延（MBE）、脉冲激光沉积（PLD）等薄膜生长技术，范德瓦尔斯机械剥离与干式转移技术。
在铁基超导体领域，在Ba0.6K0.4Fe2As2中观测到依赖于费米面的无节点超导能隙分【EPL 83, 47001 (2008)】，被国际同行公认是对铁基超导体的s波配对对称性的建立具有重要意义的工作，并被Physics、EuroPhysics News、Science Watch、Physics Today等杂志作为铁基超导领域的突破性成果多次点评。
在拓扑半金属领域，与物理所、人大等单位的理论计算和材料制备团队合作，首次实验证实外尔费米子【PRX 5, 031013 (2015)、Nature Physics 11, 724 (2015)】、三重简并费米子【Nature 546, 627 (2017)、Nature Physics 14, 349 (2018)】、非传统手性费米子【Nature 567, 496 (2019)】，应邀在Reviews of Modern Physics【RMP 93, 025002 (2021)】等期刊上撰写综述。外尔费米子工作入选“物理评论”系列期刊125周年纪念论文集（共49项，其中34项获诺贝尔奖）、中科院改革开放四十年40项标志性重大科技成果—“拓扑物态领域系列研究”、英国物理学会《物理世界》评选的2015年度物理学十大突破、美国物理学会《物理》评选的2015年物理学八大亮点工作、2015和2017年中国十大科技进展新闻、2015和2017年中国科学十大进展。
在铁基拓扑超导领域，与物理所、东京大学等单位的多个理论和实验团队合作，提出铁基超导体中可能存在能带反转导致的拓扑Dirac表面态【PRB 92, 115119 (2015)】，首次在铁基超导体中观测到拓扑超导表面态【Science 360, 182 (2018)】，在磁通涡旋中观测到马约拉纳零能模，即马约拉纳任意子【Science 362, 333 (2018)】，观测到磁通涡旋中能级的半整数位移，证实了其拓扑非平庸的本质【Nature Physics 15, 1181 (2019)】，观测到马约拉纳零能模的近整数电导平台特征【Science 367, 189 (2020)】。外尔费米子工作入选中科院改革开放四十年40项标志性重大科技成果—“拓扑物态领域系列研究”和2018年中国十大科技进展新闻。
目前的研究课题及展望:
- 进一步研究铁基超导体中的马约拉纳零能模；
- 深入研究非常规超导体，争取在超导机理方面取得突破；
- 继续研究拓扑材料，争取发现更多的新奇费米子；
- 通过原位薄膜生长和测量，争取实现界面超导研究的突破；
- 研制世界一流的仪器设备。