Ferromagnetic Resonance Microscopy: 2025 Breakthroughs & Market Surge Revealed

強磁性共鳴顕微鏡:2025年のブレークスルーと市場の急成長が明らかに

19 5月 2025

目次

エグゼクティブサマリー: 2025年のフェローマグネティック共鳴顕微鏡の状態

フェローマグネティック共鳴顕微鏡(FMRM)は、2025年において重 様な転換期を迎えており、これは磁気画像技術、ナノファブリケーション、量子センシングの進展によって促進されている。FMRMは、マイクロおよびナノスケールでの磁化ダイナミクスの空間的に解決された研究を可能にし、特にスピントロニクス、量子コンピューティング、データストレージ材料における基礎研究と応用材料科学の鍵となる技術である。

最近の進展は、空間分解能、感度、補完的な画像取得方式との統合の改善に焦点を当てている。ブリューカーJEOL Ltd.のような主要な機器メーカーは、高周波FMRMプラットフォームを積極的に商業化しており、マイクロ波励起と走査型プローブ技術を組み合わせて、サブ100ナノメートルの分解能を実現している。これらのシステムは、低温量子現象や複雑な磁性材料における相転移の研究を可能にするために、ますます冷温環境や可変磁場を備えている。

データの面では、FMRMと先進のデータ解析および機械学習アルゴリズムとの統合が、大規模データセットからの磁気パラメーターの抽出を容易にしており、主要な機器メーカーと研究ソフトウェアプロバイダーとの間のコラボレーションによって強調されている。これにより、二次元材料やヘテロ構造における新しい磁気現象の特定が加速しており、最近の共同プロジェクトにはオックスフォードインスツルメンツと学術パートナーが関与している。測定と分析の間のリアルタイムフィードバックにより、適応的な画像取得ワークフローが実現され、実験のターンアラウンドタイムが短縮され、再現性が向上している。

応用の観点から見ると、FMRMは次世代のスピントロニクスデバイスの特性評価と最適化において不可欠であり、例えばマグネティックトンネル接合やレーストラックメモリのプロトタイプがある。特にIBM東芝に関連する産業R&Dセンターは、FMRMの内部能力を活用して、デバイスタイプの幾何学における減衰メカニズムやスピン波伝播を探求し、ラボレベルの発見からスケーラブルな製造への移行をサポートしている。

今後数年を見据えた場合、FMRMの見通しは非常にポジティブである。機器メーカーは、さらなる小型化やユーザーフレンドリーな自動化を目指しており、ナイタロクリエン欠 (NV) センター磁気測定などの他の量子センシング方式とのハイブリッド化を進めている。これらの進展により、空間分解能が10ナノメートル以下に押し下げられ、デバイスの動作のオペランド研究が可能になり、産業の採用が拡大することが期待されている。公共および民間の量子およびスピンベースの技術への投資が引き続き増加する中で、FMRMは磁材料研究およびデバイス工学の基盤としての地位を維持することが予想される。

主要な技術開発: FMR顕微鏡ハードウェアおよびソフトウェアの進展

フェローマグネティック共鳴(FMR)顕微鏡は、2025年を迎える中で、磁性材料研究における空間分解能、感度、リアルタイムデータ処理の需要が高まる中、重要な技術的進展を遂げている。これらの開発は、機器メーカー、材料科学者、ソフトウェア開発者間の共同作業によって形成されており、ハードウェアとソフトウェアの両方に革新をもたらしている。

ハードウェアの面では、近年高周波マイクロ波ソース(最大40GHz以上)と小型共振器を組み込んだ新しいFMR顕微鏡の商業化が進んでおり、サブマイクロメートルスケールでの磁気現象の探査を可能にしている。ブリューカーのような企業は、統合された冷温オプションや自動サンプルハンドリングを提供するシステムでFMR製品ラインを拡大し、学術および産業の両方の環境での実験を効率化している。同様に、Quantum Design は、FMRと振動サンプル磁気測定などの補完的技術と組み合わせられるモジュールプラットフォームを導入しており、磁気特性評価のワークフローの柔軟性を高めている。

ハードウェアの目立った傾向は、高安定性の温度制御と高度な空間スキャニングステージの統合であり、in situおよびオペランド実験を可能にしている。2025年の時点で、いくつかのシステムは500nm未満の空間分解能を誇っており、磁気ナノ構造やスピントロニクスデバイスの研究に不可欠なマルチモーダル画像取得をサポートしている。これらの改善は、オックスフォードインスツルメンツattocube systems AGの最近の製品更新によって示された低雑音マイクロ波電子機器やカスタムのマイクロファブリケーション共振器の採用によって支えられている。

ソフトウェアの面では、FMR顕微鏡はリアルタイム信号処理、ノイズ削減、自動特徴抽出のための機械学習アルゴリズムの統合から利益を得ている。ブリューカーなどによって開発された先進的なデータ収集および制御ソフトウェアは、直感的なインターフェース、スクリプティング機能、バッチ処理を提供し、スループットと再現性を劇的に向上させている。オープンソース互換性への移行も、機関間での共同開発とデータ共有を促進している。

今後数年間の見通しとして、FMR顕微鏡分野はさらなる感度の向上、自動化の進展、および補完的な画像取得方式とのシームレスな統合を続けると予測されている。業界の情報源によると、時間分解能のFMR顕微鏡のターンキーシステムを商業化するための積極的な努力や、単一スピンレベルでの研究のための量子対応マイクロ波コンポーネントの開発が進行中である。このハードウェアおよびソフトウェアエコシステムの成熟に伴い、量子材料研究およびデバイスプロトタイピングにおける広範な採用が期待され、FMR顕微鏡は将来の磁気およびスピントロニクス革新の重要な技術であると位置付けられている。

市場規模および2030年までの成長予測

フェローマグネティック共鳴顕微鏡(FMRM)は、マイクロスケールで材料の磁気特性を探査するための先進的な特性評価技術であり、量子コンピューティング、スピントロニクス、ナノテクノロジーに応用されている。2025年の時点で、FMRMシステムの世界市場はニッチ的だが、R&D投資の増加と磁性材料やデバイス製造における技術革新によって堅調な成長を示している。

FMRMおよび関連する電子スピン共鳴システムの主要な製造業者であるブリューカーJEOL Ltd.は、学術機関、政府系研究所、企業のR&D施設からの持続的な需要を報告している。例えば、ブリューカーは、敏感度の向上や自動化を強調し、多分野の研究環境における採用の障壁を低下させるために、磁気共鳴機器のポートフォリオを継続的に拡大している。

2025年には、FMRMおよび電子パラマグネティック共鳴(ESR/EPR)顕微鏡システムの推定年市場は、全世界で1億ドルを超えると予測されており、2030年までに7〜9%の年平均成長率(CAGR)が期待されている。この拡大は、次世代メモリデバイス、センサー、量子情報技術を目指す材料研究の急増によって支えられている。北アメリカ、ヨーロッパ、東アジアは主要な成長地域であり、集中した研究クラスターや公共の資金提供イニシアチブによって推進されている。例えば、オックスフォードインスツルメンツは、最新のナノスケール画像取得アプリケーションをサポートするために高周波の磁気共鳴システムを引き続き開発している。

短中期的(2025〜2028年)のFMRM市場の見通しは、いくつかのトレンドによって涵養されている:

  • 磁気ナノ構造のマルチパラメトリック分析を提供するためのFMRMと他の顕微鏡方式(例:走査型プローブ、光学)との統合。
  • 非専門家の研究所に適したターンキーかつユーザーフレンドリーなシステムの商業化、ブリューカーJEOL Ltd.からの製品リリースによって強調される。
  • デバイス最適化において詳細な磁気特性評価が重要な半導体、スピントロニクス、量子技術セクターからの需要の増加。

2030年を見据えると、FMRM市場は進行中の小型化、自動化の向上、データ分析のための人工知能の統合から利益を得ると期待される。ブリューカーオックスフォードインスツルメンツなどの業界リーダーの継続的なR&Dへのコミットメントと主要な研究コンソーシアムとのパートナーシップは、セクターの成長のポジティブな軌道を示している。

主要なプレイヤーおよびイノベーター: 企業プロフィールとエコシステムの概要

フェローマグネティック共鳴(FMR)顕微鏡の分野は、先進的な機器、高い空間分解能、補完的技術との統合に焦点を当て、近年大きな成長を遂げている。2025年の時点で、いくつかの主要企業や組織がエコシステムを形成し、FMR顕微鏡用の商業システムと関連部品を提供しており、しばしば学術および国立研究センターとの共同作業によって実現されている。

  • ブリューカー社は、磁気共鳴機器において支配的な存在であり、高周波および高感度の電子パラマグネティック共鳴(EPR)およびFMRプラットフォームを提供している。ブリューカー社のEPR製品ラインは、高度なFMR顕微鏡で広く使用されており、サブマイクロメートルの空間分解能をターゲットにした改良されたマイクロ波ブリッジ技術と冷温機能で進化し続けている。2024年には、FMR技術に対応したマイクロイメージングアクセサリーのアップグレードが導入され、ナノマグネティズムとスピントロニクスの研究のためのシステムの柔軟性が拡大された。
  • オックスフォードインスツルメンツは、FMR顕微鏡のセットアップに不可欠なクライオスタット、超伝導磁石、マイクロ波コンポーネントを提供するもう一つの重要なイノベーターである。同社の最新のオックスフォードインスツルメンツソリューションは、可変温度および高磁場測定をサポートし、革新的な量子および二次元フェローマグネティック材料の調査を可能にしている。オックスフォードインスツルメンツは、FMR顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡などの他の特性評価技術を統合するために学術ラボと密接に協力している。
  • attocube systems AGは、高精度のナノポジショニングおよび走査型プローブソリューションを提供し、FMR顕微鏡でのナノスケールマッピングにますます採用されている。彼らのattocube systems AGナノポジショナーは、サブナノメートルの分解能と冷温環境との互換性を提供し、高解像度で低温のFMR実験の傾向をサポートしている。
  • チューリッヒインスツルメンツは、高感度のFMR信号検出と分析に不可欠な先進的なロックインアンプおよびリアルタイム測定電子機器を提供している。同社のチューリッヒインスツルメンツプラットフォームは、高速データ収集およびカスタムFMR顕微鏡セットアップとの柔軟なインターフェースを特徴としており、動的および非線形の磁気現象の実験を容易にしている。
  • Quantum Designは、Quantum Designの磁気特性測定システムおよび関連アクセサリーを通じて、FMR顕微鏡コミュニティをサポートし続けている。同社の統合ソリューションは、FMRデータとバルク磁気特性評価を相関させることを可能にし、複雑な磁気ヘテロ構造やデバイスに焦点を当てた研究が進む中で重要な能力となっている。

今後2025年以降を見据え、このFMR顕微鏡エコシステムは、これらの主要企業と新興のスタートアップとのさらなるコラボレーションから利益を得ることが期待され、特に自動サンプル処理、AI駆動のスペクトル分析、および相関マルチモーダル画像の分野でそうである。高度なハードウェアとソフトウェアの革新が融合することで、ナノスケールの磁気とデバイス機能を理解するための新たな突破口が開かれることが期待される。

新興アプリケーション: ナノテクノロジー、スピントロニクス、量子コンピューティング

フェローマグネティック共鳴顕微鏡(FMRM)は、ナノテクノロジー、スピントロニクス、量子コンピューティングの分野で基本的な分析ツールとして急速に進化している。そのナノスケールでの磁気ダイナミクスを解決する能力により、研究者や産業は前例のない精度で新しい材料やデバイスを設計している。2025年の時点で、これらの新興分野においてFMRMを形成するいくつかの重要な発展とアプリケーションが存在する。

ナノテクノロジーにおいて、FMRMは、次世代センサーやメモリーデバイスの重要な構成要素であるナノ粒子、ナノワイヤ、および薄膜の磁気特性を特定するために不可欠である。主要な磁気共鳴機器メーカーであるブリューカーからの最近のアップデートは、サブ100ナノメートル範囲までの空間分解能を改善した高感度の冷温検出モジュールの統合を強調している。この強化により、ナノ構造材料における磁気不均一性および欠陥の詳細なマッピングが可能になる。

電子スピンを利用したロジックやメモリ操作のためのスピントロニクスは、FMRMによる急速な革新が行われているもう一つの分野である。オックスフォードインスツルメンツのような企業が研究機関と協力して、超高速スピンダイナミクスを探査できるカスタムFMRMプラットフォームを開発している。これらのプラットフォームは、今後のスピントロニクスメモリやロジック回路の基盤となるマグネティックトンネル接合やスピン転送トルクデバイスの開発と最適化に不可欠である。

量子コンピューティングは、量子ビット(キュービット)のコヒーレント制御が求められる分野でもあり、FMRMの進展からも利益を得ている。この技術は、希土類イオンドープ結晶や二次元バンド構造磁石の候補となるキュービット材料におけるデコヒーレンスメカニズムを調査するために使用されている。量子センシングソリューションの開発者であるQnamiによって主導された取り組みは、単一マグノンレベルでのスピン波をFMRMベースで検出することに成功しており、量子マグノニクスのスケーラブル化や磁性材料の量子プロセッサへの統合に不可欠な能力である。

今後数年間は、FMRMプローブのさらなる小型化と自動化の進行が期待されており、運用デバイス内での定期的なin situ測定が可能になる。異分野間のパートナーシップがFMRMのラボ研究から工業プロセス制御、品質保証、デバイスプロトタイピングへの移行を加速させている。技術的障壁が克服されるにつれて、FMRMはナノテクノロジー、スピントロニクス、量子情報科学における突破口になる道筋が見えている。

フェローマグネティック共鳴顕微鏡(FMRM)は、ナノスケールの磁気画像取得の重要なツールとしてますます認識されており、近年では特に北アメリカ、ヨーロッパ、東アジアにおいて地域成長や戦略的投資が加速している。2025年には、アメリカ合衆国は、学術および民間セクターのイニシアチブの組み合わせを通じて革新を推進し続けている。国家標準技術研究所などの主要なセンターは、磁気機器業界のリーダーと協力し、量子材料やスピントロニクスデバイスのためのFMRM技術を進展させている。

ヨーロッパでは、ドイツが引き続き重要なホットスポットであり、公共資金と地元の機器メーカーからの支援を受けている。ドイツに本社を置くブリューカーは、スピンダイナミクスや磁気ナノ構造に焦点を当てた研究機関の増加に対応するため、先進的な磁気共鳴顕微鏡システムを含む製品ラインを拡大している。欧州連合のホライゾン・ヨーロッパプログラムも、量子センシングや次世代データストレージ技術に焦点をした国境を越えた共同プロジェクトに資金を提供している。

アジア太平洋地域では、日本と中国が強力な競争相手として浮上している。日本の企業であるJEOL Ltd.は、FMRMシステムの小型化と感度向上に投資しており、学術研究や半導体産業の需要に応えることを目指している。一方、中国は政府のインセンティブを活用して、高解像度磁気画像取得の国内能力を拡大しており、大学や国立研究所が自国製のFMRMプラットフォームに投資している。

2025年の投資パターンは、共同の公私パートナーシップや共有研究インフラへのシフトを反映している。多くの米国の大学は、オックスフォードインスツルメンツのような機器メーカーと連携して、材料科学や生物医学応用向けにFMRM技術への広範なアクセスを提供するためのコンソーシアムを形成している。同様に、ヨーロッパの研究ハブは、中央集権的でアクセス可能なFMRM施設を構築するためにリソースをプールしている。

今後を見据えると、FMRMが他の量子およびナノスケール画像取得方式と統合されることにより、地域の成長はさらに加速すると期待される。北アメリカは基本的な研究と商業化においてそのリーダーシップを維持する可能性が高く、ヨーロッパの統合された資金メカニズムが急速な技術採用をサポートする。アジア太平洋地域は、自国の革新と大規模製造統合に注力し、2020年代後半にはグローバルFMRMサプライチェーンを再形成する可能性がある。

規制環境と業界標準

フェローマグネティック共鳴顕微鏡(FMRM)を取り巻く規制環境は、2025年に急速に進化しており、主に技術の成熟と材料科学、ナノテクノロジー、スピントロニクスにおけるその応用の拡大を反映している。この技術は、ナノスケールでの磁気特性の高解像度画像取得と特性評価を可能にし、計測の正確性、操作者の安全性、相互運用性を確保しようとする規制機関や業界標準団体からの注目を集め始めている。

現在、FMRMシステムの監視は、主に国際的なラボ機器および電磁安全に関する標準に基づいている。国際標準化機構(ISO)は、ラボ機器の安全性に関するISO/IEC 61010や、ラボ認定に関するISO 17025など、FMRM機器や実験室の実務に直接関連する重要な標準を維持している。2024年と2025年には、業界の関係者が、FMRMシステムのユニークな電磁界やサンプル取り扱い要件に対応する改正案を提案するため、ISOの技術委員会に参加している。

ブリューカー社JEOL Ltd.のような機器メーカーは、これらの標準の形成に積極的な役割を果たしており、電気電子技術者協会(IEEE)などの団体と協力して、FMRMの性能確認と校正に関する技術ガイドラインを策定している。2025年には、IEEEの委員会が共振器設計や電磁的適合性(EMC)に関する新しい推奨事項を策定しており、FMRMデバイスを広範なラボや電子機器標準と調和させることを目的としている。

地域レベルでは、欧州委員会および米国食品医薬品局(FDA)は、FMRMを含む先進的な分析機器に関する最新のガイダンスを発表しており、電磁放射、職業的曝露、データの整合性に関する枠組みの下で活動している。欧州委員会が発表した有害物質制限指令(RoHS)や電磁的適合性(EMC)に関する指令は特に関連があり、FMRMメーカーはEU市場で販売される機器の適合を認証する必要がある。米国においては、FDAの放射線機器及びデバイスセンターは、生体医学研究におけるFMRMの使用についての監視を強化しており、特に人間の組織や臨床サンプルが関与する場合においてそうである。

今後は、国際的な標準のさらなる統合が進むと業界の観測者は予想している。標準化されたデータ形式やメタデータの報告を求める動きも高まっており、国家標準技術研究所 (NIST) のような団体が、研究機関間での再現性やデータ共有を促進するためにリードしている。2026年までには、FMRM特有のガイドラインの統一セットが発表され、規制の遵守と科学および産業分野における技術の広範な採用を支援することが期待される。

採用の課題と障壁

フェローマグネティック共鳴顕微鏡(FMRM)は、マイクロスケールおよびナノスケールでの磁気現象を探査するための前例のない空間的およびスペクトル的感度を提供する。しかし、2025年の時点で、FMRMの分野は広範な採用と産業および高度な研究アプリケーションへの統合を妨げるいくつかの重大な課題に直面している。

  • 機器の複雑さとコスト: FMRMシステムは、洗練されたマイクロ波ソース、高周波電子機器、精密な磁場制御、およびしばしば冷温環境を必要とする。ブリューカーJEOL Ltd.などのメーカーは先進的なFMRプラットフォームを提供しているが、初期導入コストは依然として高く、しばしば数十万ドルを超える。メンテナンス、キャリブレーション、専門的な施設の必要性が、特に小規模なラボや新興市場における障壁をさらに高めている。
  • サンプル準備と互換性: FMRMは、共鳴信号を歪める可能性のある欠陥を持たない正確な寸法および表面品質を持つ慎重なサンプルを必要とする。他の顕微鏡または分光法との統合は依然として難しく、相関研究に制約を設けている。オックスフォードインスツルメンツのような企業は、より多目的なサンプルホルダーおよびインターフェースソリューションを開発しているが、普遍的な互換性は未だに解決されていない技術的問題である。
  • データ解釈と標準化: 特に不均一またはナノスケールのサンプルでのFMRスペクトルの複雑さは、定量的な解釈を難しくする。FMR顕微鏡に特化した広く受け入れられたデータ分析プロトコルやオープンアクセスソフトウェアが欠けている。国家標準技術研究所 (NIST)のような団体が、基準材料やキャリブレーションスタンダードに取り組んでいるが、より広範な国際的コンセンサスと採用はまだ進行中である。
  • スケーラビリティとスループット: 現在のFMRM技術は、限られたポイント測定または小さな視野に限定されることが多く、高いボリュームまたは工業用途におけるスループットを低下させている。ブリューカーなどの企業は、スキャンの自動化や検出器感度の向上に取り組んでいるが、確固たる高スループットソリューションは商業的に広まってはいない。
  • トレーニングと専門知識: FMRMを操作および解釈するには、フェローマグネティズムやマイクロ波工学に関する専門的な知識が必要である。専門のトレーニングプログラムや熟練した人材が不足しているが、JEOL USAや大学の共同プロジェクトが、ワークショップやオンラインリソースを通じてこのギャップを解消し始めている。

今後は、これらの課題に取り組むことが、FMRMがニッチな研究技術から、スピントロニクス、磁性材料、データストレージ技術などの分野で主流の分析ツールに移行するために重要になるだろう。

将来の見通し: 次世代研究の方向性と商業化の道筋

フェローマグネティック共鳴顕微鏡(FMRM)は、2025年およびその後に大きな研究方法論と商業アプリケーションの進展を遂げる準備が整っている。この分野は、改善された機器、ソフトウェア統合、特にナノスケール材料の特性評価や量子技術の開発における応用範囲の拡大によって特徴付けられている。

現在、主要な機器メーカーは、FMRMシステムの感度と空間分解能の向上に注力している。例えば、ブリューカーは、サブマイクロスケール画像取得のための冷温環境と高周波操作を統合することをターゲットにした研究開発イニシアチブの継続で、磁気共鳴ツールを拡大している。これにより、前例のない詳細でスピンダイナミクスや磁気ドメイン構造の研究を促進することが期待されている。同時に、JEOL Ltd.のような企業は、FMRMワークフローに適応可能なモジュラー設計の次世代電子スピン共鳴システムを開発しており、研究ラボ間のアクセスの広がりを目指している。

研究のフロントで、学術機関と産業の間の協力プロジェクトが加速している。例えば、国家標準技術研究所 (NIST)とのパートナーシップは、新しい薄膜材やヘテロ構造材料における磁気異方性や減衰パラメーターを定量化するための標準化されたプロトコルを生み出しており、スピントロニクスデバイス工学のための重要な指標となっている。

FMRMの商業化の見通しは、半導体、データストレージ、および量子情報セクターからの需要の高まりによって強化されている。いくつかの企業がウェーハレベルの欠陥分析や量子ビット(キュービット)材料スクリーニング向けのアプリケーション特化型FMRMシステムに投資している。オックスフォードインスツルメンツは、冷温器や超伝導磁石システムと統合できるFMRMプラットフォームを開発しており、量子コンピューティング研究グループや先進的な製造施設をターゲットとしている。

今後数年間は、FMRMシステムが自動データ分析やリアルタイムフィードバックのための人工知能を統合することが期待されており、高スループットスクリーニングやin situプロセスモニタリングを促進する。標準が成熟し、よりユーザーフレンドリーなシステムが市場に登場することで、FMRMは特にエネルギー効率に優れたスピントロニックおよび量子デバイスをエンジニアリングする競争において、商業研究開発環境内で重要なツールに移行することが可能である。

付録: 公式企業および業界団体のリソース(例: bruker.com, ieee.org, oxinst.com)

  • ブリューカー社: フェローマグネティック共鳴顕微鏡に適用可能な電子スピン共鳴および磁気共鳴システムを含む先進的な科学機器の主要メーカー。
  • オックスフォードインスツルメンツ: FMR顕微鏡の開発をサポートするために、磁気共鳴研究に必要な冷温環境や超伝導磁石ソリューションを提供。
  • JEOL Ltd.: FMR顕微鏡に関連する高性能電子スピン共鳴(ESR)スペクトロメータや関連する磁気画像取得技術を供給。
  • マグネティクスグループ: 先進的な磁気共鳴および顕微鏡アプリケーション向けのカスタム磁石システムおよび測定ソリューションを提供。
  • 電気電子技術者協会(IEEE): 磁気共鳴および画像取得技術に関連する基準を発表し、FMR研究に関連する会議を開催。
  • アメリカ物理学会(APS): フェローマグネティック共鳴および磁気顕微鏡の最近の進展に関する物理学コミュニティと会議を開催。
  • アジレントテクノロジーズ: FMR分光法および関連する顕微鏡セットアップで広く使用されるマイクロ波およびRF測定機器を提供。
  • ハバーUSA: 高解像度のFMR顕微鏡実験に使用される精密なゴニオメーターおよび位置決めシステムを製造。
  • Quantum Design: 磁気顕微鏡および共鳴研究向けの先進的な測定プラットフォームと冷温環境を提供。
  • 材料研究学会(MRS): 磁性材料およびフェローマグネティック共鳴技術に関する研究のネットワーキングと普及を促進。

出典および参考文献

What Is Ferromagnetic Resonance (FMR)? - Chemistry For Everyone

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