JPH02237179A - 超電導体 - Google Patents
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- JPH02237179A JPH02237179A JP1058322A JP5832289A JPH02237179A JP H02237179 A JPH02237179 A JP H02237179A JP 1058322 A JP1058322 A JP 1058322A JP 5832289 A JP5832289 A JP 5832289A JP H02237179 A JPH02237179 A JP H02237179A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、空間密度勾配のある磁性体のパターンを超電
導体薄膜に付着させ、その臨界電流を増加させるように
した超電導体に関するものである。
導体薄膜に付着させ、その臨界電流を増加させるように
した超電導体に関するものである。
従来の技術
超電導体を電子材料や磁性材料として用いる時、一定磁
場の下における臨界電流Jcは常に重要な要素である。
場の下における臨界電流Jcは常に重要な要素である。
酸化物超電導体では、バルクよりも薄膜の方が、より大
きな臨界電流を実現できる。
きな臨界電流を実現できる。
酸化物超電導体は第2種超電導体であるので、外部磁場
が第一臨界磁場(Hc1)を超えると、超電導体中に磁
束量子(フラクソイド)が侵入し、二定磁場のもとで、
定まった格子定数を持つ三角格子を形成する。理想的状
態では、超電導体内部では、一本のフ2クソイドを囲む
ミクロな超電導電流が存在するだけであり、巨視的な輸
送電流は存在せず、従って、フラクソイドによる磁化以
外は、マクロな磁化は存在しない。このような状態でマ
クロな輸送電流を流しても、無限少の輸送電流によって
フラクソイドにローレンッカがはたらき、フラクソイド
が動きエネノレギーが散逸して、電気抵抗が発生してし
まう。
が第一臨界磁場(Hc1)を超えると、超電導体中に磁
束量子(フラクソイド)が侵入し、二定磁場のもとで、
定まった格子定数を持つ三角格子を形成する。理想的状
態では、超電導体内部では、一本のフ2クソイドを囲む
ミクロな超電導電流が存在するだけであり、巨視的な輸
送電流は存在せず、従って、フラクソイドによる磁化以
外は、マクロな磁化は存在しない。このような状態でマ
クロな輸送電流を流しても、無限少の輸送電流によって
フラクソイドにローレンッカがはたらき、フラクソイド
が動きエネノレギーが散逸して、電気抵抗が発生してし
まう。
発明が解決しようとする課題
しかし、現実の試料では、外部磁場や電流による磁.場
がHc1を超えてもマクロな超電導電流が存在する。こ
れは、巨視的輸送電流が流れて、フラクソイドにローレ
ンッカがはたらいても、ビン止め力があるために、電流
が臨界値に達して、フラクソイドが動き出すまで、超電
導電流が流れるからである。
がHc1を超えてもマクロな超電導電流が存在する。こ
れは、巨視的輸送電流が流れて、フラクソイドにローレ
ンッカがはたらいても、ビン止め力があるために、電流
が臨界値に達して、フラクソイドが動き出すまで、超電
導電流が流れるからである。
本発明者は、材料中の格子欠陥等によるビン止め機構以
外に人為的にビンニングサイトを設定し、臨界電流の値
の増加を実現したものである。
外に人為的にビンニングサイトを設定し、臨界電流の値
の増加を実現したものである。
課題を解決するための手段
本発明の超電導体は、超電導体薄膜の少くとも表面また
は裏面に磁性体薄膜のパターンを形成することによって
フラックスピンニング素子を持つ構造としたものである
。
は裏面に磁性体薄膜のパターンを形成することによって
フラックスピンニング素子を持つ構造としたものである
。
又本発明は、磁性体薄膜のパターンとして、平行細線を
用い、前記平行細線と超電導輸送電流が平行となるよう
に平行細線を形成し、かつ、前記細線の空間密度が超電
導輸送電流と垂直方向に変化するビンニング素子を付加
するものである。
用い、前記平行細線と超電導輸送電流が平行となるよう
に平行細線を形成し、かつ、前記細線の空間密度が超電
導輸送電流と垂直方向に変化するビンニング素子を付加
するものである。
作用
本発明にかかる超電導体は、強磁性体による人為的なフ
ラクソイドビンニングパターンを持ち、かつ、その細線
パターン密度に強い空間勾配をつけると、フラクソイド
が動こうとする力に対して人為的な抵抗力を生じせしめ
ることができる。
ラクソイドビンニングパターンを持ち、かつ、その細線
パターン密度に強い空間勾配をつけると、フラクソイド
が動こうとする力に対して人為的な抵抗力を生じせしめ
ることができる。
超電導輸送電流の最大値は、薄膜中に侵入しているフラ
クソイドの空間密度勾配の最大許容値で決定されるので
、このように人為的にフラクソイドの密度勾配をささえ
る条件を整備してやると、臨界温度以下で、超電導臨界
電流の大巾な増加を見られた。この人工ビンニングサイ
トの設定は超電導薄膜デバイスにとって有望な手段とな
る。
クソイドの空間密度勾配の最大許容値で決定されるので
、このように人為的にフラクソイドの密度勾配をささえ
る条件を整備してやると、臨界温度以下で、超電導臨界
電流の大巾な増加を見られた。この人工ビンニングサイ
トの設定は超電導薄膜デバイスにとって有望な手段とな
る。
実施例
第1図は本発明におけるフラクソイドの空間分布とフラ
クンイドと共存する超電導電流を表わすものである。
クンイドと共存する超電導電流を表わすものである。
aはフラクンイドの空間密度変化、bは磁束密度の空間
変化、Cは超電導輸送電流を示す。
変化、Cは超電導輸送電流を示す。
第二種超電導体の内部では、第1図に示すように、フラ
クソイド1とマクロな超電導電流J,が共存し、フラク
ソイドによる磁束密度BとrotB=c ] 2という
マクスウェルの方稈式が成シ立つ。この場合、超電導電
流が存在する場所では、場所によらずJ,が一定である
という、ビーンの仮定は成立すると考える。(Phyg
icalReview Letters フィジカル
レピューレターズ8巻( 1 962 )260頁)。
クソイド1とマクロな超電導電流J,が共存し、フラク
ソイドによる磁束密度BとrotB=c ] 2という
マクスウェルの方稈式が成シ立つ。この場合、超電導電
流が存在する場所では、場所によらずJ,が一定である
という、ビーンの仮定は成立すると考える。(Phyg
icalReview Letters フィジカル
レピューレターズ8巻( 1 962 )260頁)。
今、膜面をx − y平面とし膜面垂直方向を2軸とす
る。磁場Hを膜面垂4方向にかけると、HがH0,(第
一臨界磁場)よシ小さい時は、試料の膜周辺にのみ超電
導電流が流れて試料は完全反磁性体となっておシフラク
ソイドは試料内に侵入できない。外部磁場がH0,より
大きくなるとフラクソイドが、試料内に侵入しはじめる
。もし、この時試料内に格子欠陥等がなくフラクソイド
に対して一切のピンニングサイトが存在しないと仮定す
ると、外部磁場と7ラクソイド密度との間には、熱力学
的平衡が成りたち、磁束の浸入と撤退は可逆過程となり
一定磁場の下では、フラクソイドは、格子定数2Lz0
o/Hで定まる三角格子を形成する。ここにΦ。は一本
の7ラクソイドの持つ磁束であり大きさは2,07X1
0 ’G−cII である。この状態では、フラクソイ
ド密度nが空間的に一定であるので、B二nΦ0 であ
るからrotB=oとなり、マクロな超電導電流は存在
しない。この状態で外部の定電流電源を用いてマクロな
電流をX方向に流すと、フラクソイドにはローレンツカ
FL=ΦaXjアがはたらく。Φ。は2方向に向き、j
7はX方向に流れているのでFLはy方向Kはたらく。
る。磁場Hを膜面垂4方向にかけると、HがH0,(第
一臨界磁場)よシ小さい時は、試料の膜周辺にのみ超電
導電流が流れて試料は完全反磁性体となっておシフラク
ソイドは試料内に侵入できない。外部磁場がH0,より
大きくなるとフラクソイドが、試料内に侵入しはじめる
。もし、この時試料内に格子欠陥等がなくフラクソイド
に対して一切のピンニングサイトが存在しないと仮定す
ると、外部磁場と7ラクソイド密度との間には、熱力学
的平衡が成りたち、磁束の浸入と撤退は可逆過程となり
一定磁場の下では、フラクソイドは、格子定数2Lz0
o/Hで定まる三角格子を形成する。ここにΦ。は一本
の7ラクソイドの持つ磁束であり大きさは2,07X1
0 ’G−cII である。この状態では、フラクソイ
ド密度nが空間的に一定であるので、B二nΦ0 であ
るからrotB=oとなり、マクロな超電導電流は存在
しない。この状態で外部の定電流電源を用いてマクロな
電流をX方向に流すと、フラクソイドにはローレンツカ
FL=ΦaXjアがはたらく。Φ。は2方向に向き、j
7はX方向に流れているのでFLはy方向Kはたらく。
ビンニングカが存在しないと仮定すると、フラクソイド
は、y軸方向に動き、その結果エネルギーが散逸する。
は、y軸方向に動き、その結果エネルギーが散逸する。
この仮定ではマクロな零抵抗電流は存在しないことにな
る。
る。
しかし現実の試料では、化学組成のゆらぎや粒界等の格
子欠陥が多数存在して、侵入して来たフラクソイドに対
してビンニングサイトになりうる。
子欠陥が多数存在して、侵入して来たフラクソイドに対
してビンニングサイトになりうる。
?に、本実施例の具体的な試作例について説明する。
(a)半導体セラミック板の生成
p型半導体セラミック板の生成
酸化ニッケル(N i O ) 99.5molχに対
して酸化リチウム(LizO)を0.5moH ドーブ
した材料を40 X 25 X O. 05mmのグリ
ーンシ一トとして成形した。
して酸化リチウム(LizO)を0.5moH ドーブ
した材料を40 X 25 X O. 05mmのグリ
ーンシ一トとして成形した。
n型半導体セラミック板の生成
チタン酸バリウム(B a T i O:l ) 80
molχおよびチタン酸カルシウム(C a T i
03 ) 19.511+01χに対して酸化イットリ
ウム(y.o.)を0.5molχドープした材料を4
0 X 25 X O.05++mのグリーンシ一トと
して成形した。
molχおよびチタン酸カルシウム(C a T i
03 ) 19.511+01χに対して酸化イットリ
ウム(y.o.)を0.5molχドープした材料を4
0 X 25 X O.05++mのグリーンシ一トと
して成形した。
(b)絶縁セラミック板の形成
絶縁セラミック板として、酸化イットリウム(Yz O
:I ) 3moLχで部分安定化した酸化ジルコニウ
ム(Z10■)を40X25X0.05mmのグリーン
シ一トとして成形した。
:I ) 3moLχで部分安定化した酸化ジルコニウ
ム(Z10■)を40X25X0.05mmのグリーン
シ一トとして成形した。
(C)セラミック板の積層一体形成
上記のグリーンシ一トからなるp型セラミック半導体板
とn型セラミック半導体板とを間にグリーンシ一トの絶
縁セラミック板を挟んで交互に重ね合わせ、これを繰り
返してp型セラミック半導体板とn型セラミック半導体
板とを合計25層積層し、上側から荷重を加えて圧着し
た。
とn型セラミック半導体板とを間にグリーンシ一トの絶
縁セラミック板を挟んで交互に重ね合わせ、これを繰り
返してp型セラミック半導体板とn型セラミック半導体
板とを合計25層積層し、上側から荷重を加えて圧着し
た。
次に、この圧着された積層体を8 X5.I X4.5
mmの寸法にカットした後、これを大気中において13
00”Cの温度で1時間焼成し、前記積層体を強固に一
体化した。
mmの寸法にカットした後、これを大気中において13
00”Cの温度で1時間焼成し、前記積層体を強固に一
体化した。
(d)エレメント素材の切り出し
上記のようにして一体化した積層体を第1図に示すよう
に切断線a,bに沿って切断し、Ft1 6 mm×横
0.2 n+mX高さ4IIIraのエレメント素材を
複数切り出した. (e)冷・温接点電極の形成 上記のようにして切り出したエレメント素材の長手方向
の両端部に焼付銀ペーストを印刷し、950゜Cに加熱
してこれを焼き付け、第2図に示すように、冷接点電極
3a〜3eと温接点電極4a〜4dとを形成し、最終目
的の積層熱起電力素子を形成した。
に切断線a,bに沿って切断し、Ft1 6 mm×横
0.2 n+mX高さ4IIIraのエレメント素材を
複数切り出した. (e)冷・温接点電極の形成 上記のようにして切り出したエレメント素材の長手方向
の両端部に焼付銀ペーストを印刷し、950゜Cに加熱
してこれを焼き付け、第2図に示すように、冷接点電極
3a〜3eと温接点電極4a〜4dとを形成し、最終目
的の積層熱起電力素子を形成した。
(f)結果
上記試作積層熱起電力素子の熱起電力を測定したところ
、約35mV/kというすぐれた熱起電力の測定値を得
ることができた. 本実施例では、焼成前のp型セラミック半導体板lと、
絶縁セラミック板7と、n型セラミック半導体板2とを
積層し、これら各セラミック板1,2.7の焼成時に積
層体を一体化するものであるから、従来例の面倒な作業
、すなわち、セラミック半導体板1.2を予め焼成し、
この焼成した各セラミック半導体仮1.2の表面および
裏面に接点電極3,4を形成し、さらにこれら接点電極
3.4の表面に導電性樹脂等を塗布乾燥によって形成す
るという面倒な作業を省略できるので、p型セラミック
半導体板1とn型セラミック半導体板2との積層体の一
体化が非常に容易となり、これにより積層熱起電力素子
の生産効率を大幅に向上させることができる。本試作例
においては、従来の製造方法に較べ生産効率を68%も
向上させることができた。
、約35mV/kというすぐれた熱起電力の測定値を得
ることができた. 本実施例では、焼成前のp型セラミック半導体板lと、
絶縁セラミック板7と、n型セラミック半導体板2とを
積層し、これら各セラミック板1,2.7の焼成時に積
層体を一体化するものであるから、従来例の面倒な作業
、すなわち、セラミック半導体板1.2を予め焼成し、
この焼成した各セラミック半導体仮1.2の表面および
裏面に接点電極3,4を形成し、さらにこれら接点電極
3.4の表面に導電性樹脂等を塗布乾燥によって形成す
るという面倒な作業を省略できるので、p型セラミック
半導体板1とn型セラミック半導体板2との積層体の一
体化が非常に容易となり、これにより積層熱起電力素子
の生産効率を大幅に向上させることができる。本試作例
においては、従来の製造方法に較べ生産効率を68%も
向上させることができた。
本発明は上記実施例に限定されることはなく様々な実施
の態様を採り得るものである。例えば、上記実施例では
、冷接点電極と温接点電極を銀ペーストの焼付により印
刷形成したが、これら接点電極3a〜3e,4a〜4d
の材料として他の導電性材料を用いることが可能であり
、また、その接点電極の形成方法も焼付印刷以外の例え
ばろう付け等の適宜の手段により形成することも可能で
ある。また、p型セラミック半導体板1とn型セラミッ
ク半導体仮2の成分も上記実施例以外の成分構成とする
ことができる.さらに、冷接点電極3a〜3eと温接点
電極4a〜4dの形成位置も、必ずしも実施例のように
エレメント素材の側端面に形成する必要はなく、例えば
、前後両端面に形成することも可能である。
の態様を採り得るものである。例えば、上記実施例では
、冷接点電極と温接点電極を銀ペーストの焼付により印
刷形成したが、これら接点電極3a〜3e,4a〜4d
の材料として他の導電性材料を用いることが可能であり
、また、その接点電極の形成方法も焼付印刷以外の例え
ばろう付け等の適宜の手段により形成することも可能で
ある。また、p型セラミック半導体板1とn型セラミッ
ク半導体仮2の成分も上記実施例以外の成分構成とする
ことができる.さらに、冷接点電極3a〜3eと温接点
電極4a〜4dの形成位置も、必ずしも実施例のように
エレメント素材の側端面に形成する必要はなく、例えば
、前後両端面に形成することも可能である。
本発明は焼成前のP型セラミック半導体板とn型セラミ
ック半導体板とを同様に焼成前の絶縁セのパターンを形
成してもよい。
ック半導体板とを同様に焼成前の絶縁セのパターンを形
成してもよい。
さて、このようなピンニングパターンにより、XrBa
OuO超電導薄膜7の反磁化の値や臨界電流の大きさが
どのように改善されたかみてみよう。
OuO超電導薄膜7の反磁化の値や臨界電流の大きさが
どのように改善されたかみてみよう。
第3図乙の場合、はげ0.5μmのコバノレトフェライ
トの細線パターン4を、2朋はばの試料上にθn/ay
z約105CM−3の勾配で、jTと平行に形成した所
、4.2Kでの臨界電流が104▲/dより約6倍に、
77Kで2oooA/dが約3倍に増加した。超電導転
移温度は、変化しなかー)た。
トの細線パターン4を、2朋はばの試料上にθn/ay
z約105CM−3の勾配で、jTと平行に形成した所
、4.2Kでの臨界電流が104▲/dより約6倍に、
77Kで2oooA/dが約3倍に増加した。超電導転
移温度は、変化しなかー)た。
次に第3図bの場合、はげ0.5μmのコパノレトフェ
ライトの細線パターン4を、半径2MHの円形薄膜試料
上に同じくθn/δyz約103G−3程度の勾配をつ
けて磁化を測定すると、4.2Kで−20006mμ/
ccの反磁化の値が約6倍に、77Kで−4006!I
1μ/ccの値が約3倍となった。
ライトの細線パターン4を、半径2MHの円形薄膜試料
上に同じくθn/δyz約103G−3程度の勾配をつ
けて磁化を測定すると、4.2Kで−20006mμ/
ccの反磁化の値が約6倍に、77Kで−4006!I
1μ/ccの値が約3倍となった。
発明の効果
以上述べてきたように本発明によれば、人為的にピンニ
ングパターンを形成してやれば、更に大きな臨界電流や
反磁化の値を得ることができ、発明の効果は非常に大き
い効果をもたらすものである。
ングパターンを形成してやれば、更に大きな臨界電流や
反磁化の値を得ることができ、発明の効果は非常に大き
い効果をもたらすものである。
第1図aNcは本発明におけるフラクソイドの空間分布
と前記フラクンイドと共存する超電導電流を表わす図、
第2図a −J Cは外部電流の効果とそれにともなう
磁束密度の空間変化を示す図、第3図a,bは磁性体の
平行細線パターンと同心円細線パターンbのビンニング
素子を示す図、第4図a〜eは超電導薄膜の両面に磁性
体の細線パターンを形成するための製造プロセスを示す
図である。 1・・・・・・フラクソイド、2・・・・・・フラクソ
イドによる磁束密度B、3・・・・・超電導輸送電流J
T、4・・・・・・磁性体細線パターン、5・・・・・
・基板、6・・・・・・フォトレジスト、了・・・・・
・超電導薄膜。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名3一
起貧準1叉鷺 第 2 図 エ (α〕 (−b〕 ’−C ) 第 図 リー・一植稚木膜
と前記フラクンイドと共存する超電導電流を表わす図、
第2図a −J Cは外部電流の効果とそれにともなう
磁束密度の空間変化を示す図、第3図a,bは磁性体の
平行細線パターンと同心円細線パターンbのビンニング
素子を示す図、第4図a〜eは超電導薄膜の両面に磁性
体の細線パターンを形成するための製造プロセスを示す
図である。 1・・・・・・フラクソイド、2・・・・・・フラクソ
イドによる磁束密度B、3・・・・・超電導輸送電流J
T、4・・・・・・磁性体細線パターン、5・・・・・
・基板、6・・・・・・フォトレジスト、了・・・・・
・超電導薄膜。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名3一
起貧準1叉鷺 第 2 図 エ (α〕 (−b〕 ’−C ) 第 図 リー・一植稚木膜
Claims (4)
- (1)超電導体薄膜の少くとも表面または裏面に磁性体
薄膜のパターンを形成することによってフラックスピン
ニング素子を形成したことを特徴とする超電導体。 - (2)超電導体として、銅を含む酸化物である超電導体
を使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の超電導体。 - (3)磁性体薄膜のパターンとして、平行細線を用い、
前記平行細線と超電導輸送電流が平行となるように前記
平行細線を形成し、前記細線の空間密度が超電導輸送電
流と垂直方向に変化することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の超電導体。 - (4)磁性体薄膜としてNiまたはフェライトを用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の超電導体
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1058322A JPH02237179A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 超電導体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1058322A JPH02237179A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 超電導体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02237179A true JPH02237179A (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=13081045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1058322A Pending JPH02237179A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 超電導体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02237179A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05267726A (ja) * | 1992-01-28 | 1993-10-15 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超伝導フィルム用ピニング構造およびその作成方法 |
WO1998057382A1 (en) * | 1997-06-11 | 1998-12-17 | University Of Cincinnati | ENHANCEMENT OF Jc IN OXIDE SUPERCONDUCTORS |
WO2002103815A1 (en) * | 2001-06-19 | 2002-12-27 | Japan Science And Technology Agency | Superconducting thin film having columnar pin retaining center using nano-dots |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1058322A patent/JPH02237179A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05267726A (ja) * | 1992-01-28 | 1993-10-15 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超伝導フィルム用ピニング構造およびその作成方法 |
WO1998057382A1 (en) * | 1997-06-11 | 1998-12-17 | University Of Cincinnati | ENHANCEMENT OF Jc IN OXIDE SUPERCONDUCTORS |
US6569811B1 (en) | 1997-06-11 | 2003-05-27 | University Of Cincinnati | Enhancement of JC in oxide superconductors |
WO2002103815A1 (en) * | 2001-06-19 | 2002-12-27 | Japan Science And Technology Agency | Superconducting thin film having columnar pin retaining center using nano-dots |
US7491678B2 (en) | 2001-06-19 | 2009-02-17 | Japan Science And Technology Agency | Superconducting thin film having columnar pin retaining center using nano-dots |
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