The International Conference on Nanophotonics (ICNP 2024)

Electron density of two-dimensional (2D) transition-metal dichalcogenides (TMDs), a key metric determining optoelectronic performance, significantly influences their optical characteristics, such as radiative emission rate and valley polarization. However, precise modulation of the doping density in 2D TMDs at the nanoscale remains a challenge. Here, we present a nano-electromechanical control of metal-semiconductor tunnel junction through electric-field tip-enhanced photoluminescence (e-TEPL) spectroscopy. By exploiting dynamic atomic force regulation, we systematically control the level of metal-semiconductor interaction. This enables the manipulation of the doping density and photoluminescence (PL) intensity of the MoS₂ monolayer at the nanoscale region, confirmed with the spatial resolution of ~25 nm. Moreover, we demonstrate a highly integrated optical storage system based on a non-binary number system with ~75 nm spatial resolution, opening a pathway toward ultrathin optoelectronic device applications.