CN117062512A - 一种提高人工反铁磁耦合场的大小和热稳定性的结构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高人工反铁磁耦合场的大小和热稳定性的结构及其加工方法，属于信息技术和自旋电子学领域，目的在于提高人工反铁磁的反铁磁耦合场的大小和热稳定性。人工反铁磁的结构由下向上分别为：基底/缓冲层/种子层/下磁性层/复合非磁性层/上磁性层/保护层，所述复合非磁性层具有镶嵌结构；复合非磁性层通过涂胶、曝光、显影、剥离、去胶的微纳工艺制备。
Description
技术领域
本发明属于信息技术和自旋电子学领域，具体涉及一种提高人工反铁磁耦合场的大小和热稳定性的结构及其加工方法。
背景技术
人工反铁磁薄膜结构（铁磁层/非磁性层/铁磁层）是指两个磁性层通过中间非磁性层产生层间交换耦合，并且在层间交换耦合作用下使得两铁磁层磁矩呈反平行排列。人工反铁磁结构具有杂散磁场小、对外磁场扰动不敏感等优点，被广泛用作自旋阀结构或磁性隧道结中的钉扎层，极大地促进了巨磁电阻及隧道磁电阻器件的发展。近年来，随着在人工反铁磁结构中发现自旋轨道矩引起的磁化翻转、快速的畴壁移动、磁性斯格明子等新奇物理现象，使得人们意识到人工反铁磁结构不但可以作为自旋电子器件的辅助功能层，更可以成为新型非易失存储与自旋逻辑器件的载体。特别是具有强反铁磁耦合的垂直磁各向异性人工反铁磁结构，因具有高的热稳定性、快的自旋动力学过程以及高效的自旋轨道矩引起的磁化翻转，所以在高密度信息存储和太赫兹等领域有广阔的应用前景。这些新的应用领域对人工反铁磁薄膜提出了新的要求，例如更大的反铁磁耦合场和更好的热稳定性。
对人工反铁磁结构中反铁磁耦合场和热稳定性的深入研究将有助于扩展其应用领域并提供相关的技术支持，并且在基础研究和应用两个方面都具有重要意义和价值。
发明内容
为解决上述背景技术中阐述的提高人工反铁磁耦合场和热稳定性的技术问题，本发明提供了通过微纳加工制备一种具有镶嵌结构复合非磁性层的人工反铁磁薄膜，该结构可以提高人工反铁磁的反铁磁耦合场的大小和热稳定性。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种提高人工反铁磁耦合场大小和热稳定性的结构，人工反铁磁的结构由下向上分别为：基片/缓冲层/种子层/下磁性层/复合非磁性层/上磁性层/保护层，所述复合非磁性层具有镶嵌结构。
进一步地，所述复合非磁性层通过涂胶、曝光、显影、剥离、去胶的微纳工艺制备。
进一步地，所述复合非磁性层的厚度为0.5～0.8nm。
一种提高人工反铁磁耦合场大小和热稳定性的结构的制备工艺，包括以下步骤：
1）选用硅基片上覆盖氧化层厚度300nm的基片,依次用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，每次超声15分钟，最后烘干处理；将清洗、烘干后的基片固定在真空溅射室的基片台上，控制真空度不低于8.0×10-6Pa；
2）清洗过的基片放入磁控溅射***，直流溅射，调节气压、功率、时间等参数，在基片上溅射钽层形成缓冲层；
3）直流溅射，调节气压、功率、时间等参数，在缓冲层上溅射生长铂层形成种子层；
4）直流溅射，调节气压、功率、时间等参数，在种子层上溅射下磁性层[Pt/Co]2，周期为2，Pt厚度为1.5-3nm，Co厚度为0.6-1.2nm；
5）在下磁性层上表面制备复合非磁性层，复合非磁性层具体制备步骤如下：
第一步，在下磁性层上表面采用旋涂工艺制备一层正性光刻胶PR，通过掩膜曝光和显影在光刻胶表面形成密布的小孔，小孔大小为50~100nm；将形成小孔的基片置于磁控溅射***，在光刻胶表面沉积一层Ru薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片上PR胶表面的Ru薄膜，在下磁性层表面得到密布的Ru图形；
第二步，在密布Ru图形的基片表面继续采用旋涂工艺制备一层负性光刻胶PR，采用第一步掩膜曝光中使用的掩膜板对基片进行曝光处理，曝光完成后进行显影处理，将无Ru图形处的光刻胶去除；接着将形成小孔的基片置于磁控溅射***，在基片表面沉积一层与Ru薄膜厚度相等的Ir薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片上PR胶表面的Ir薄膜，在磁性层表面无Ru薄膜处形成Ir薄膜，Ir薄膜环绕于Ru薄膜周围，形成镶嵌结构；
6）直流溅射，调节气压、功率、时间等参数，在复合非磁性层上溅射上磁性层[Pt/Co]2，周期为2，Pt厚度为1.5-3nm，Co厚度为0.6-1.2nm；
7）直流溅射，调节气压、功率、时间等参数，在磁性层上溅射Ta，厚度为5nm,作为保护层，得到人工反铁磁样品。
进一步地，所述步骤2）和3）中缓冲层、种子层的厚度均为5nm。
进一步地，所述步骤2）中下磁性层的周期为2，Pt厚度为2nm，Co厚度为0.8nm。
进一步地，所述Ru薄膜和Ir薄膜的厚度为0.7nm。
进一步地，所述步骤5）中保护层的厚度为5nm。
本发明的有益效果在于：
1.自旋阀的结构为：自由层（铁磁层）/隔离层（非磁性层）/被钉扎层（铁磁层）/钉扎层（反铁磁层），当外磁场大于自旋阀材料交换场的大小时，反铁磁层对铁磁层的钉扎作用失效，被钉扎的铁磁层的磁化方向会发生翻转，最终导致两铁磁层磁化方向的相对取向会呈平行排列，自旋阀体系从高电阻态变为低电阻态，使GMR传感器无法工作。人工反铁磁结构代替自旋阀中的被钉扎层，大的反铁磁耦合场提高了自旋阀材料的交换场的大小，能够使GMR传感器工作在强磁场环境下。
2.磁隧道结的结构为：自由层/隧穿层/参考层，表现出高灵敏度和窄动态工作范围。用人工反铁磁代替磁隧道结的参考层，大的反铁磁耦合场能够实现更宽的动态工作范围。
3.具有镶嵌结构的复合非磁性层的人工反铁磁结构，具有更高的热稳定性，能够使器件工作在高温环境下。
附图说明
图1为本发明人工反铁磁多层膜的结构示意图；
图2为步骤5）第一步涂胶示意图；
图3为步骤5）第一步曝光&显影示意图；
图4为步骤5）第一步非磁性薄膜沉积示意图；
图5为步骤5）第一步剥离去胶示意图；
图6为步骤5）第二步另一非磁性薄膜沉积示意图；
图7为人工反铁磁含复合非磁性层的反铁磁耦合场随温度变化的关系图；
图中：1-基片；2-缓冲层；3-种子层；4-下磁性层；5--复合非磁性层；6-上磁性层；7-保护层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种提高人工反铁磁耦合场大小和热稳定性的结构，人工反铁磁的结构由下向上分别为：基片1/缓冲层2/种子层3/下磁性层4/复合非磁性层5/上磁性层6/保护层7，所述复合非磁性层5具有镶嵌结构。复合非磁性层5通过涂胶、曝光、显影、剥离、去胶的微纳工艺制备，复合非磁性层5的厚度为0.5～0.8nm。
Ru/Ir表示：先沉积Ru，通过剥离工艺，在沉积Ir；Ir/Ru表示：先沉积Ir，通过剥离工艺，在沉积Ru。作为对比，Ir表示：中间层只有Ir；Ru表示：中间层只有Ru。
实施例1
一种制备人工反铁磁含镶嵌复合非磁性层5的方法，具体步骤如下：
1）将清洗、烘干好的基片1固定在真空溅射室的基片1台上，达到8.0×10-6Pa的真空度；
2）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在基片1上溅射厚度为5nm的钽层；
3）直流磁控溅射，溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，控制时间，在钽层上溅射生长种子层3厚度为5nm的铂层；
4）直流磁控溅射，在铂层上溅射下磁性层4[Pt/Co]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
5）在下磁性层4上表面制备复合非磁性层5，A类镶嵌结构非磁性复合层（Ir@Ru）制备包括：
第一步，在下磁性层4表面采用旋涂工艺制备一层正性光刻胶（PR），通过掩膜曝光和显影在光刻胶表面形成一定密度的小孔，孔大小的50~100nm范围之内；接着将形成小孔的基片1置于磁控溅射***在其表面沉积一层0.7nm厚度的Ru薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片1上PR胶表面的Ru薄膜去除，在磁性层表面得到一定密度分布的Ru图形。
第二步，在实现一定密度分布Ru图形的基片1表面继续采用旋涂工艺制备一层负性光刻胶（PR），采用与第一次掩膜曝光的掩膜板对基片1进行曝光处理，曝光完成后进行显影处理，将无Ru图形处的光刻胶去除，接着将形成小孔的基片1置于磁控溅射***在其表面沉积一层0.7nm厚度的Ir薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片1上PR胶表面的Ir薄膜去除，在磁性层表面无Ru薄膜处形成Ir层，Ir环绕于Ru周围，具有镶嵌结构。
6）在复合非磁性层5上溅射上磁性层6[Co/Pt]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
7）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在上磁性层6上溅射厚度为5nm的钽层，得到成品。
实施例2
一种制备人工反铁磁含镶嵌复合非磁性层5的方法，具体步骤如下：
1）将清洗、烘干好的基片1固定在真空溅射室的基片1台上，达到8.0×10-6Pa的真空度；
2）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在基片1上溅射厚度为5nm的钽层；
3）直流磁控溅射，溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，控制时间，在钽层上溅射生长种子层3厚度为5nm的铂层；
4）直流磁控溅射，在铂层上溅射下磁性层4[Pt/Co]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
5）在下磁性层4上表面制备复合非磁性层5，B类镶嵌结构非磁性复合层（Ru@Ir）制备包括：
第一步，在下磁性层4表面采用旋涂工艺制备一层正性光刻胶（PR），通过掩膜曝光和显影在光刻胶表面形成一定密度的小孔，孔大小的50~100nm范围之内；接着将形成小孔的基片1置于磁控溅射***在其表面沉积一层0.7nm厚度的Ir薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片1上PR胶表面的Ir薄膜，在磁性层表面得到一定密度分布的Ir图形。
第二步，在实现一定密度分布Ru图形的基片1表面继续采用旋涂工艺制备一层负性光刻胶（PR），采用与第一次掩膜曝光的掩膜板对基片1进行曝光处理，曝光完成后进行显影处理，将无Ir图形处的光刻胶去除，接着将形成小孔的基片1置于磁控溅射***在其表面沉积一层0.7nm厚度的Ru薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片1上PR胶表面的Ir薄膜，在磁性层表面无Ru薄膜覆盖处形成Ru层，Ru环绕于Ir周围，具有镶嵌结构。
6）在复合非磁性层5上溅射上磁性层6[Co/Pt]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
7）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在上磁性层6上溅射厚度为5nm的钽层，得到成品。
实施例3
一种制备人工反铁磁的方法，具体步骤如下：
1）将清洗、烘干好的基片1固定在真空溅射室的基片1台上，达到8.0×10-6Pa的真空度；
2）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在基片1上溅射厚度为5nm的钽层；
3）直流磁控溅射，溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，控制时间，在钽层上溅射生长种子层3厚度为5nm的铂层；
4）直流磁控溅射，在铂层上溅射下磁性层4[Pt/Co]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
5）直流磁控溅射，溅射气压1Pa，溅射功率10W，控制时间，在下磁性层4上溅射生长厚度为0.7nm的Ir层；
6）在非磁性Ir层上溅射上磁性层6[Co/Pt]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
7）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在上磁性层6上溅射厚度为5nm的钽层，得到成品。
实施例4
一种制备人工反铁磁的方法，具体步骤如下：
1）将清洗、烘干好的基片1固定在真空溅射室的基片1台上，达到8.0×10-6Pa的真空度；
2）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在基片1上溅射厚度为5nm的钽层；
3）直流磁控溅射，溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，控制时间，在钽层上溅射生长种子层3厚度为5nm的铂层；
4）直流磁控溅射，在铂层上溅射下磁性层4[Pt/Co]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
5）直流磁控溅射，溅射气压1Pa，溅射功率10W，控制时间，在下磁性层4上溅射生长厚度为0.7nm的Ru层；
6）在非磁性Ir层上溅射上磁性层6[Co/Pt]2，周期为2，Pt溅射气压0.3Pa，溅射功率20W，厚度为2nm；Co溅射气压0.3Pa，溅射功率10W，厚度为0.8nm；
7）直流磁控溅射，溅射气压0.2Pa，溅射功率10W，控制时间，在上磁性层6上溅射厚度为5nm的钽层，得到成品。
通过实施例1制备的人工反铁磁成品1为
SiO2/Ta(5nm)/Pt(5nm)/[Pt(2nm)/Co(0.8nm)]2/IrRu(0.7nm)/[Co(0.8nm)/
Pt(2nm)]2/Ta(5nm)，
通过实施例2制备的人工反铁磁成品2为
SiO2/Ta(5nm)/Pt(5nm)/[Pt(2nm)/Co(0.8nm)]2/RuIr(0.7nm)/[Co(0.8nm)/
Pt(2nm)]2/Ta(5nm)，
对样品1和样品2进行了不同温度的磁化测试，温度对反铁磁耦合场影响的变化的关系，见图7。
作为对比样品，通过实施例3，制备了人工反铁磁成品3为SiO2/Ta(5nm)/Pt(5nm)/[Pt(2nm)/Co(0.8nm)]2/Ir(0.7nm)/[Co(0.8nm)/ Pt(2nm)]2/Ta(5nm)，
作为对比样品，通过实施例4，制备了人工反铁磁成品4为SiO2/Ta(5nm)/Pt(5nm)/[Pt(2nm)/Co(0.8nm)]2/Ru(0.7nm)/[Co(0.8nm)/ Pt(2nm)]2/Ta(5nm)，
对样品3和样品4进行了不同温度的磁化测试，温度对反铁磁耦合场影响的变化的关系，见图7。
从图7中可以看出，人工反铁磁的中间层为复合层Ir@Ru，Ru@Ir，其反铁磁耦合场比中间层为Ir，Ru的大。随温度的升高，中间层为Ir，Ru的反铁磁耦合场先消失；中间层为复合层Ir@Ru，Ru@Ir，反铁磁耦合场到625K才消失。
从图7中可以看出，中间层为镶嵌复合非磁性层5的人工反铁磁，反铁磁耦合场增加，热稳定性增强。
Claims (8)
1.一种提高人工反铁磁耦合场大小和热稳定性的结构，其特征在于，人工反铁磁的结构由下向上分别为：基片/缓冲层/种子层/下磁性层/复合非磁性层/上磁性层/保护层，所述复合非磁性层具有镶嵌结构。
2.根据权利要求1所述的提高人工反铁磁耦合场大小和热稳定性的结构，其特征在于，所述复合非磁性层通过涂胶、曝光、显影、剥离、去胶的微纳工艺制备。
3.根据权利要求2所述的提高人工反铁磁耦合场大小和热稳定性的结构，其特征在于，所述复合非磁性层的厚度为0.5～0.8nm。
4.一种权利要求1～3任一所述的提高人工反铁磁耦合场大小和热稳定性的结构的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）将清洗、烘干后的基片固定在真空溅射室的基片台上，控制真空度不低于8.0×10-6Pa；
2）在基片上表面溅射钽层形成缓冲层；
3）在缓冲层上表面溅射生长铂层形成种子层；
4）在种子层上表面溅射下磁性层[Pt/Co]2 ；
5）在下磁性层上表面制备复合非磁性层，复合非磁性层具体制备步骤如下：
第一步，在下磁性层上表面采用旋涂工艺制备一层正性光刻胶PR，通过掩膜曝光和显影在光刻胶表面形成密布的小孔，小孔大小为50~100nm；将形成小孔的基片置于磁控溅射***，在光刻胶表面沉积一层Ru薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片上PR胶表面的Ru薄膜，在下磁性层表面得到密布的Ru图形；
第二步，在密布Ru图形的基片表面继续采用旋涂工艺制备一层负性光刻胶PR，采用第一步掩膜曝光中使用的掩膜板对基片进行曝光处理，曝光完成后进行显影处理，将无Ru图形处的光刻胶去除；接着将形成小孔的基片置于磁控溅射***，在基片表面沉积一层与Ru薄膜厚度相等的Ir薄膜，然后采用Lift-off工艺去除基片上PR胶表面的Ir薄膜，在磁性层表面无Ru薄膜处形成Ir薄膜，Ir薄膜环绕于Ru薄膜周围，形成镶嵌结构；
6）在复合非磁性层上溅射上磁性层[Co/Pt]2；
7）在上磁性层上溅射钽层形成保护层，得到成品。
5.根据权利要求4所述的提高人工反铁磁耦合场的大小和热稳定性的结构的制备工艺，其特征在于，所述步骤2）和3）中缓冲层、种子层的厚度均为5nm。
6.根据权利要求4所述的提高人工反铁磁耦合场的大小和热稳定性的结构的制备工艺，其特征在于，所述步骤2）中下磁性层的周期为2，Pt厚度为2nm，Co厚度为0.8nm。
7.根据权利要求4所述的提高人工反铁磁耦合场的大小和热稳定性的结构的制备工艺，其特征在于，所述Ru薄膜和Ir薄膜的厚度为0.7nm。
8.根据权利要求4所述的提高人工反铁磁耦合场的大小和热稳定性的结构的制备工艺，其特征在于，所述步骤5）中保护层的厚度为5nm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117858613A (zh) * | 2024-01-15 | 2024-04-09 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 一种改善柔性人工反铁磁薄膜应力的结构及其制备方法 |
| CN117858610A (zh) * | 2024-01-15 | 2024-04-09 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 一种人工反铁磁颗粒的制备工艺 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10302456A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Canon Inc | 磁性薄膜メモリ素子及びそれを用いた磁性薄膜メモリ |
| JP2004206839A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Tdk Corp | 薄膜磁気ヘッド、薄膜磁気ヘッド組立体、記憶装置、及び薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
| US20040201930A1 (en) * | 2003-02-26 | 2004-10-14 | Masatoshi Yoshikawa | Magnetoresistive head and magnetic recording-reproducing apparatus |
| CN1658286A (zh) * | 2003-09-30 | 2005-08-24 | 株式会社东芝 | 磁性器件和磁性存储器 |
| CN103109322A (zh) * | 2010-07-16 | 2013-05-15 | 格兰迪斯股份有限公司 | 用于提供具有层叠的自由层的磁隧穿结元件的方法和***以及使用这样的磁性元件的存储器 |
| US20190027680A1 (en) * | 2018-07-06 | 2019-01-24 | Xi'an Jiaotong University | Magnetic tunnel junction device and magnetic random access memory |
| CN112767979A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-07 | 西安交通大学 | 一种磁多层膜结构及自旋转移矩磁随机存储器 |
| CN115602411A (zh) * | 2022-09-07 | 2023-01-13 | 甘肃省科学院传感技术研究所（Cn） | 交换偏置场可连续调控的垂直各向异性人工合成反铁磁耦合多层膜 |
-
2023
- 2023-08-31 CN CN202311115811.1A patent/CN117062512A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10302456A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Canon Inc | 磁性薄膜メモリ素子及びそれを用いた磁性薄膜メモリ |
| JP2004206839A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Tdk Corp | 薄膜磁気ヘッド、薄膜磁気ヘッド組立体、記憶装置、及び薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
| US20040201930A1 (en) * | 2003-02-26 | 2004-10-14 | Masatoshi Yoshikawa | Magnetoresistive head and magnetic recording-reproducing apparatus |
| CN1658286A (zh) * | 2003-09-30 | 2005-08-24 | 株式会社东芝 | 磁性器件和磁性存储器 |
| CN103109322A (zh) * | 2010-07-16 | 2013-05-15 | 格兰迪斯股份有限公司 | 用于提供具有层叠的自由层的磁隧穿结元件的方法和***以及使用这样的磁性元件的存储器 |
| US20190027680A1 (en) * | 2018-07-06 | 2019-01-24 | Xi'an Jiaotong University | Magnetic tunnel junction device and magnetic random access memory |
| CN112767979A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-07 | 西安交通大学 | 一种磁多层膜结构及自旋转移矩磁随机存储器 |
| CN115602411A (zh) * | 2022-09-07 | 2023-01-13 | 甘肃省科学院传感技术研究所（Cn） | 交换偏置场可连续调控的垂直各向异性人工合成反铁磁耦合多层膜 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117858613A (zh) * | 2024-01-15 | 2024-04-09 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 一种改善柔性人工反铁磁薄膜应力的结构及其制备方法 |
| CN117858610A (zh) * | 2024-01-15 | 2024-04-09 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 一种人工反铁磁颗粒的制备工艺 |
| CN117858613B (zh) * | 2024-01-15 | 2024-07-19 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 一种改善柔性人工反铁磁薄膜应力的结构及其制备方法 |
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