We report realizations of nanoscale integrated all-optical XNOR, XOR, NOT, and OR logic gates using plasmonic slot waveguides based on linear interference between surface plasmon polariton modes. The miniature device size with lateral dimensions smaller than 5 μm, precisely controlled optical phase difference, and quasi-monochromatic surface plasmon polariton modes excited by a continuous wave 830 nm laser beam ensure a high intensity contrast ratio of 24 dB between the output logic states "1" and "0". Compared with previous reported results, the intensity contrast ratio is enhanced 4-fold, whereas the lateral dimension is reduced 4-fold. These compact logic devices are stable, robust, free from environmental impact, and much suitable for practical on-chip applications. These also provide a means to construct all-optical logic devices and nanophotonic processors.

Responsive surfaces composed of cylindrical or square micrometer-sized thermoresponsive pillars made of thiol−ene nematic main-chain liquid crystalline elastomers (LCEs) are produced by replica molding. The individual pillars behave as microactuators, showing ultralarge and reversible contractions of around 300−400% at the nematic to isotropic phase transition. The nematic main-chain LCE microactuators described here present contractions as large as the best macroscopic systems reported in the literature. Moreover, the contraction observed for this new system outperforms the best values already reported for other LCE microsystems.

Abstract In nature, plant tendrils can produce two fundamental motion modes, bending and chiral twisting (helical curling) distortions, under the stimuli of sunlight, humidity, wetting or other atmospheric conditions. To date, many artificial plant-like mechanical machines have been developed. Although some previously reported materials could realize bending or chiral twisting through tailoring the samples into various ribbons along different orientations, each single ribbon could execute only one deformation mode. The challenging task is how to endow one individual plant tendril mimic material with two different, fully tunable and reversible motion modes (bending and chiral twisting). Here we show a dual-layer, dual-composition polysiloxane-based liquid crystal soft actuator strategy to synthesize a plant tendril mimic material capable of performing two different three-dimensional reversible transformations (bending versus chiral twisting) through modulation of the wavelength band of light stimuli (ultraviolet versus near-infrared). This material has broad application prospects in biomimetic control devices.

Liquid-crystal elastomer (LCE) materials, which have been developed and investigated for 4 decades, still lack real industrial applications. The fundamental obstacle is the modest force of LCEs generated in the LC-to-isotropic phase transition process, which is the most important actuation moment. Here, we report an interpenetrating liquid-crystal polyurethane/polyacrylate elastomer material, consisting of one main-chain polyurethane LCE and another liquid-crystal polyacrylate thermoset network, which are simultaneously polymerized. This two-way shape memory material can reversibly shrink/expand under thermal stimulus and show ultrastrong actuation-mechanics properties. With a maximum shrinkage ratio of 86% at 140 °C, which is beyond the LC-to-isotropic phase transition, its actuation blocking stress, actuation work capacity, breaking strength, and elastic modulus reach 2.53 MPa, 1267.7 kJ/m3, 7.9 MPa, and 10.4 MPa, respectively. Such LCE material can lift up a load 30 000 times heavier than its own weight. We hope the outstanding mechanical properties of this interpenetrating polymer network-LCE material would pave the way for real industrial utilizations of LCE-based soft actuators.

In recent years, light-guided robotic soft actuators have attracted intense scientific attention and rapidly developed, although it still remains challenging to precisely and reversibly modulate the moving directions and shape morphing modes of soft actuators with ease of stimulating operation. Here we report a strategy of building a multi-stimuli-responsive liquid crystal elastomer soft actuator system capable of performing not only multi-directional movement, but also different shape morphing modes. This strategy is based on the selective stimulation of specific domains of the hierarchical structured actuator through the modulation of three wavelength bands (520, 808, 980 nm) of light stimulus, which release the actuation system from light scanning position/direction restriction. Three near-infrared dual-wavelength modulated actuators and one visible/infrared tri-wavelength modulated multi-directional walker robot are demonstrated in this work. These devices have broad application prospects in robotic and biomimetic technology.

In this Communication, we develop a two-step acyclic diene metathesis in situ polymerization/cross-linking method to synthesize uniaxially aligned main-chain liquid crystal elastomers with chemically bonded near-infrared absorbing four-alkenyl-tailed croconaine-core cross-linkers. Because of the extraordinary photothermal conversion property, such a soft actuator material can raise its local temperature from 18 to 260 °C in 8 s, and lift up burdens 5600 times heavier than its own weight, under 808 nm near-infrared irradiation.

Self-oscillation is a phenomenon where an object sustains periodic motion upon non-periodic stimulus. It occurs commonly in nature, a few examples being heartbeat, sea waves and fluttering of leaves. Stimuli-responsive materials allow creating synthetic self-oscillators fuelled by different forms of energy, e.g. heat, light and chemicals, showing great potential for applications in power generation, autonomous mass transport, and self-propelled micro-robotics. However, most of the self-oscillators are based on bending deformation, thereby limiting their possibilities of being implemented in practical applications. Here, we report light-fuelled self-oscillators based on liquid crystal network actuators that can exhibit three basic oscillation modes: bending, twisting and contraction-expansion. We show that a time delay in material response dictates the self-oscillation dynamics, and realize a freestyle self-oscillator that combines numerous oscillation modes simultaneously by adjusting the excitation beam position. The results provide new insights into understanding of self-oscillation phenomenon and offer new designs for future self-propelling micro-robots.

To investigate the effects of nitrogen (N) application rate and planting density (D) on the contents of lipid and free fatty acid, fatty acid composition, yield and quality of rice grain, a field experiment was conducted using Koshihikari (japonica) as experimental material from 2021 to 2022 with three N levels (90, 150 and 210 kg ha -1 , denoted as N1, N2 and N3, respectively) and three transplanting densities (19.0 × 10 4 , 26.7 × 10 4 and 40.0 × 10 4 plants ha -1 , denoted as D1, D2 and D3, respectively). The results showed that N application rate and planting density had highly significant impacts only on the contents of free fatty acid and saturated fatty acid, respectively. Increased N and planting density enhanced the contents of lipid (29.41 mg g -1 ) and free fatty acid (21.47%). The highest values were obtained under N3D3 increasing by 7.02% and 3.23 percentage points, respectively, compared to other treatments. No significant differences in lipid content were found among treatments, whereas free fatty acid exhibited significant differences. The unsaturated fatty acid content increased with increasing N but first decreased and then increased with increasing planting density, while saturated fatty acid content showed the opposite trend. Appropriate N level and planting density improved the relative chlorophyll content and net photosynthetic rate of rice flag leaves, as well as increased grain yield, effective panicle number and spikelete number per panicle, but decreased the seed setting rate. Under N2D2, the relative chlorophyll content and net photosynthetic rate remained relatively high throughout the grain filling stage, resulting in the highest grain yield, with increases of 43.87-47.03% compared to other treatments. A moderate N level improved the milling quality of rice, while increased planting density reduced it. However, both increased N and planting density reduced the appearance quality and cooking and eating quality of rice. Overall, the effects of increasing N application rate and planting density on enhancing rice lipid and free fatty acid contents were limited. A combination of 150 kg ha -1 N application rate and 26.7 × 10 4 plants ha -1 was recommended for achieving relatively higher yield, lipid content and better grain quality.