Tuning the band gap of black phosphorus Most materials used in electronics are semiconductors. The sizable energy gap in their electronic structure makes it easy to turn the conduction of electricity on and off. Graphene naturally lacks this band gap unless it undergoes certain modifications. Kim et al. studied the electronic structure of black phosphorus—a related two-dimensional material. By sprinkling potassium atoms on top of single layers of black phosphorus, the material changed from being a semiconductor to having a gapless linear dispersion similar to that of graphene. Science , this issue p. 723

Two-dimensional (2D) van-der-Waals semiconductors have emerged as a class of materials with promising device characteristics owing to the intrinsic bandgap. For realistic applications, the ideal is to modify the bandgap in a controlled manner by a mechanism that can be generally applied to this class of materials. Here, we report the observation of a universally tunable bandgap in the family of bulk 2H transition metal dichalcogenides (TMDs) by in situ surface doping of Rb atoms. A series of angle-resolved photoemission spectra unexceptionally shows that the bandgap of TMDs at the zone corners is modulated in the range of 0.8 ~ 2.0 eV, which covers a wide spectral range from visible to near infrared, with a tendency from indirect to direct bandgap. A key clue to understand the mechanism of this bandgap engineering is provided by the spectroscopic signature of symmetry breaking and resultant spin splitting, which can be explained by the formation of 2D electric dipole layers within the surface bilayer of TMDs. Our results establish the surface Stark effect as a universal mechanism of bandgap engineering based on the strong 2D nature of van-der-Waals semiconductors.

Manipulating topological states holds significant interest in the field of condensed matter physics. Here, the authors control the topological phase and corresponding quasiparticle dynamics by managing defects, and further reverse these effects through $i\phantom{\rule{0}{0ex}}n$ $s\phantom{\rule{0}{0ex}}i\phantom{\rule{0}{0ex}}t\phantom{\rule{0}{0ex}}u$ uniaxial stress control in HfTe${}_{5}$. The findings showcase the potential of employing both defect chemistry and strain engineering as tools to manipulate topological phase transitions and related many-body physics.