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磁性半導体における荷電不純物の同時ドーピングによる特性制御と新規材料の開発

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics
Project/Area Number 25104704
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

黒田 眞司  筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Fiscal Year 2014: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2013: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywordsスピントロニクス / 磁性半導体 / 磁性元素の凝集 / 同時ドーピング / 室温強磁性 / ドーピング
Outline of Annual Research Achievements

(1) (Zn,Cr)Teにおけるアクセプターのドーピングによる強磁性抑制のメカニズム
強磁性半導体(Zn,Cr)Teにおけるアクセプター性不純物である窒素(N)のドーピングによる強磁性抑制の効果を定量的に調べた。Cr組成を一定として窒素濃度を変化させた一連の薄膜に対する磁化測定の結果、窒素濃度の増加により強磁性転移温度TCは低下しゼロに至るが、強磁性の消失はCr組成の値に係らず窒素濃度[N]がCr組成に対して一定の比の値[N]/[Cr]=0.08-0.1で生じることを見出した。一方、X線吸収微細構造(XAFS)測定では、同じく窒素とCrの濃度比[N]/[Cr]=0.08-0.1の付近でスペクトルに明らかな変化が見られた。これらの結果から、強磁性の消失は窒素ドーピングに伴うCrの電子状態の変化に起因することが示された。
(2) 2種類の遷移元素を添加した四元系混晶における遷移元素間の相互作用と磁性
異種の遷移元素間の相互作用およびそれに起因する新たな磁性発現を検証することを目的として、ZnTeに二種類の遷移元素Cr, Feを添加した(Zn,Cr,Fe)Teの研究を行った。MBEによりCr組成一定でFe組成を変化させた一連の薄膜試料を作製し、その磁化特性を調べた。その結果、Fe組成の増加に伴い、飽和磁化は減少する一方、保磁力は増加するという結果が得られた。これは、CrとFeの磁気モーメント間に反強磁性相互作用がはたらき、その結果磁化の大きさは減少する一方で磁気秩序は安定化するという理論予測と定性的に一致する傾向が示された。
(3) IV-VI族磁性半導体(Sn,Mn)TeのMBE成長と磁性
IV-VI族DMSにおける強磁性発現の探索を目的として、SnTeにMnを添加した(Sn,Mn)Teの磁化特性を調べた。MBEによる(Sn,Mn)Te薄膜成長において成長条件を最適化することにより、Mn組成6%以下の範囲で異相の析出がなく(111)方向のみに成長した(Sn,Mn)Teの単相の薄膜を得ることが出来た。磁化測定ではこれらの薄膜は低温まで常磁性を示し、強磁性発現は見られなかった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (45 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 7 results) Presentation (36 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Depositon and characterization of amorphous alminum nitride thin films for a gate insulator2015

    • Author(s)
      H. Oikawa, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, I. Harayama, K. Nagashima, D. Sekiba, Y. Ashizawa, A. Tsukamoto, K. Nakagawa, N. Ota
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 574 Pages: 110-114

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2014.11.081

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Structural and magnetic properties of hexagonal Cr1-dTe films grown on CdTe(001) by molecular beam epitaxy2015

    • Author(s)
      K. Kanazawa, K. Yamawaki, N. Sekita, Y. Nishio, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 415 Pages: 31-35

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2014.12.032

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Structural and magnetic characterization of (Zn,Fe)Te thin films grown by MBE2014

    • Author(s)
      S. Ishitsuka, T. Domon, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda
    • Journal Title

      Physica Status Solidi (c)

      Volume: 11 Issue: 7-8 Pages: 1312-1315

    • DOI

      10.1002/pssc.201300649

    • Related Report
      2014 Annual Research Report 2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electric-field modulation of ferromagnetism in hexagonal chromium telluride thin film2014

    • Author(s)
      R. Akiyama, H. Oikawa, K. Yamawaki, S. Kuroda
    • Journal Title

      Physica Status Solidi (c)

      Volume: 11 Issue: 7-8 Pages: 1320-1323

    • DOI

      10.1002/pssc.201300751

    • Related Report
      2014 Annual Research Report 2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of acceptor co-doping on magnetism and electronic states in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2014

    • Author(s)
      K. Zhang, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, H. Ofuchi
    • Journal Title

      Physica Status Solidi (c)

      Volume: 11 Issue: 7-8 Pages: 1324-1327

    • DOI

      10.1002/pssc.201300755

    • Related Report
      2014 Annual Research Report 2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Weak antilocalization in (111) thin films of a topological crystalline insulator SnTe2014

    • Author(s)
      R. Akiyama, K. Fujisawa, R. Sakurai, S. Kuroda
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 568 Issue: 5 Pages: 052001-052001

    • DOI

      10.1088/1742-6596/568/5/052001

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Real space probe of short-range interaction between Cr in a ferromagnetic semiconductor ZnCrTe2014

    • Author(s)
      Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa and Shinji Kuroda
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 2014, 6 Issue: 24 Pages: 14667-14673

    • DOI

      10.1039/c4nr04826a

    • NAID

      120007136511

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Cross-sectional STM study of impurity states in diluted magnetic semiconductor (Zn, Cr)Te2013

    • Author(s)
      K. Kanazawa
    • Journal Title

      AIP Conf. Proc.

      Volume: 1566 Pages: 331-332

    • DOI

      10.1063/1.4848420

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural analysis of Cr aggregation in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • Author(s)
      H. Kobayashi, K. Yamawaki, Y. Nishio, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1566 Pages: 341-342

    • DOI

      10.1063/1.4848425

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜におけるドナードーピングによるキャリア密度制御2015

    • Author(s)
      藤澤和輝,山口智也,秋山了太,黒田眞司
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜における2次元表面電気伝導測定2015

    • Author(s)
      秋山了太,藤澤和輝,山口智也,黒田眞司
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ZnTe(100)面上への(Cd,Cr)Te自己形成ドットの作製と磁気光学特性2015

    • Author(s)
      中澤文生、内海駿人、金澤研、黒田眞司
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] The effect of F-doping on magnetism in diluted magnetic semiconductor (Zn,Co)O thin films2015

    • Author(s)
      R. Ishikawa, S. Kuroda, H. Ofuchi
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル結晶絶縁体SnTe 薄膜におけるヨウ素ドーピングによるキャリア密度制御2014

    • Author(s)
      藤澤和輝,山口智也,秋山了太,黒田眞司
    • Organizer
      第19回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-19)
    • Place of Presentation
      東京大学弥生キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 希薄磁性半導体(Zn,Co)O におけるF ドーピングによる磁性への効果2014

    • Author(s)
      石川諒、秋山了太、金澤研、 黒田眞司、 大渕博宣
    • Organizer
      第19回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-19)
    • Place of Presentation
      東京大学弥生キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ZnTe(100)面上への(Cd,Cr)Te 自己形成ドットの作製と磁気光学特性2014

    • Author(s)
      中澤文生、内海駿人、金澤研、黒田眞司
    • Organizer
      第19回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-19)
    • Place of Presentation
      東京大学弥生キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] MBE により成長した三元化合物(Mn,Cr)Te薄膜の結晶構造と磁気特性2014

    • Author(s)
      伊藤晃, 金澤研, 黒田眞司
    • Organizer
      第19回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-19)
    • Place of Presentation
      東京大学弥生キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] STM を用いたZnTe(110)表面のCr不純物状態の研究2014

    • Author(s)
      西村拓、金澤研、吉田昭二、重川秀実、黒田眞司
    • Organizer
      第19回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-19)
    • Place of Presentation
      東京大学弥生キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] The effect of F-doping on magnetism in diluted magnetic semiconductor (Zn,Co)O thin films2014

    • Author(s)
      石川諒,秋山了太,黒田眞司
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] MBE成長した三元化合物(Mn,Cr)Te薄膜の結晶構造と磁性2014

    • Author(s)
      伊藤晃,金澤研,黒田眞司
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Study of Cr impurity states in diluted magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te by STM/STS2014

    • Author(s)
      西村拓,金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Interaction between different kinds of transition metal elements incorporated in semiconductors2014

    • Author(s)
      T. Domon, K. Kanazawa, R. Akiyama, S. Kuroda
    • Organizer
      European Materials Research Society (E-MRS) 2014 Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Warsaw University of Technology, Poland
    • Year and Date
      2014-09-15 – 2014-09-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜の作製とその各種物性測定2014

    • Author(s)
      秋山了太,藤澤和輝,黒田眞司
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Interaction Between Impurity States of Cr Atoms in Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te Studied by STM & STS2014

    • Author(s)
      K. Kanazawa, T. Nishimura, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
    • Organizer
      32nd International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2014)
    • Place of Presentation
      Austin, USA
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical Transport Measurements in Topological Crystalline Insulator SnTe Thin Films2014

    • Author(s)
      R. Akiyama, K. Fujisawa, S. Kuroda
    • Organizer
      32nd International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2014)
    • Place of Presentation
      Austin, USA
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical Transport Measurements in Topological Crystalline Insulator SnTe Thin Films2014

    • Author(s)
      R. Akiyama, K. Fujisawa, R. Sakurai, S. Kuroda
    • Organizer
      27th International Conference on Low Temperature Physics (LT-27)
    • Place of Presentation
      Buenos Aires, Argentina
    • Year and Date
      2014-08-06 – 2014-08-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Quaternary magnetic semiconductors containing two kinds of transition metal elements2014

    • Author(s)
      S. Kuroda
    • Organizer
      International Workshop of Computational Nano-Materials Design on Green Energy
    • Place of Presentation
      Osaka Univ., Toyonaka, Japan
    • Year and Date
      2014-06-01 – 2014-06-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位のSTM観察2014

    • Author(s)
      西村拓,金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
    • Organizer
      第61回 応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] MBEにより成長した四元混晶希薄磁性半導体(Zn,Cr,Fe)Te薄膜の磁化特性2014

    • Author(s)
      土門武,石塚智史,秋山了太,金澤研,黒田眞司
    • Organizer
      第61回 応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 強磁性半導体(Zn,Cr)Teにおける外部電場による磁性変調2014

    • Author(s)
      及川晴義,秋山了太,百瀬峻,黒田眞司
    • Organizer
      第61回 応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Suppression of ferromagnetism due to acceptor co-doping in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • Author(s)
      K. Zhang, K. Kanazawa, R. Akiyama, S, Kuroda, H. Ofuchi
    • Organizer
      7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH-VII)
    • Place of Presentation
      Chicago, USA
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Atomic-scale observation of Cr impurity states in (Zn,Cr)Te by STM2013

    • Author(s)
      K. Kanazawa, T. Nishimura, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
    • Organizer
      7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH-VII)
    • Place of Presentation
      Chicago, USA
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of an Electric Field on Magnetism of Ferromagnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • Author(s)
      H. Oikawa, R. Akiyama, S. Kuroda
    • Organizer
      The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
    • Place of Presentation
      Nagahama, Japan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Modulation of Ferromagnetism by Applied Electric Fields in the Hexagonal CrTe Thin Film2013

    • Author(s)
      R. Akiyama, H. Oikawa, K. Yamawaki, S. Kuroda
    • Organizer
      The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
    • Place of Presentation
      Nagahama, Japan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] MBE Growth and Magnetic Properties of Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Fe)Te2013

    • Author(s)
      S. Ishitsuka, T. Domon, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando, H. Ofuchi
    • Organizer
      The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
    • Place of Presentation
      Nagahama, Japan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Acceptor Co-doping on Magnetism and Electronic States in Ferromagnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • Author(s)
      K. Zhang, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, H. Ofuchi
    • Organizer
      The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
    • Place of Presentation
      Nagahama, Japan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] STM/STS Study of Cr Impurity States in (Zn,Cr)Te2013

    • Author(s)
      T. Nishimura, K. Kanazawa, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
    • Organizer
      The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
    • Place of Presentation
      Nagahama, Japan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] MBEにより成長した三元化合物CrFeTe薄膜の結晶構造と磁性2013

    • Author(s)
      山脇和真,関田直也,金澤研,黒田眞司
    • Organizer
      第74回応用物理学秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学京田辺キャンパス
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位のSTM/STS研究2013

    • Author(s)
      西村拓,金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
    • Organizer
      第74回応用物理学秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学京田辺キャンパス
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Strutural and Magnetic Properties of Ternary Transition-metal Chalcogenide CrFeTe Grown by MBE2013

    • Author(s)
      K. Yamawaki, N. Sekita, K. Kanazawa and S. Kuroda
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013)
    • Place of Presentation
      Fukuoka, Japan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Realization of ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors based on II-VI compounds2013

    • Author(s)
      S. Kuroda
    • Organizer
      Energy Materials and Nanotechnology Meeting (EMN 2013 Fall)
    • Place of Presentation
      Orlando, FL, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位に関するSTM研究2013

    • Author(s)
      西村拓,金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
    • Organizer
      第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
    • Place of Presentation
      大阪
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] CdTe(111)A面上にMBE成長した三元化合物CrFeTeの結晶構造と磁性2013

    • Author(s)
      山脇和真,金澤研,黒田眞司,三留正則,板東義雄
    • Organizer
      第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
    • Place of Presentation
      大阪
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 四元混晶希薄磁性半導体(Zn,Cr,Fe)Te のMBE 成長と磁気特性2013

    • Author(s)
      石塚智史,土門武, 秋山了太,金澤研,黒田眞司
    • Organizer
      第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
    • Place of Presentation
      大阪
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 希薄磁性半導体(Zn,Co)O 薄膜のn 型ドーピングによる磁性の変化2013

    • Author(s)
      石川諒,秋山了太,金澤研,黒田眞司
    • Organizer
      第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
    • Place of Presentation
      大阪
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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