在基金委优秀青年项目、北京市科技新星等项目、科技部重点研发计划支持下，张余洋利用基于密度泛函理论的量子力学计算，在单分子、单原子层次上开展量子材料物理与器件的研究，与相关实验课题组合作，设计并构造新型低维功能材料、理解新奇物性与原子结构的关联，进而对其物性进行调控。当前的研究方向为：

【1】表界面的电子结构及能源催化过程：金属表面功能分子低维自组装结构、电子结构、动力学行为，及异质催化过程；

【2】新兴量子材料结构与物性的调控：低维材料中的拓扑物态、铁磁外尔半金属、拓扑超导材料及其量子计算器件；

【3】机器学习在凝聚态物理中的应用：神经网络在扫描探针显微镜、能源材料、拓扑材料、分子光谱等中的应用。