陈仙辉发现新型铁基超导体，突破麦克米兰极限。与合作者成功实现黑磷晶体场效应管，并在少层黑磷晶体观察到二维电子气的量子振荡现象和整数量子霍尔效应；与合作者成功在本征磁性拓扑材料中实现量子反常霍尔效应；发展了基于固体离子导体作为栅介质的门电压调控技术，实现了对载流子浓度的大范围可逆调控，并与多种重要的物性表征手段实现了原位结合。曾获国家自然科学一等奖、国际超导材料最高奖Bernd T. Matthias奖、发展中国家科学院（TWAS）物质科学奖等。