第一性原理差分电荷密度计算能得到什么数据？

最新推荐文章于 2024-05-07 20:27:22 发布
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分类专栏： 模拟计算 测试狗 科研测试 文章标签： 算法 云计算
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第一性原理差分电荷密度计算是计算化学的关键方法，利用量子力学理论解析电子行为。DFT计算能提供能带结构、电子密度分布、光谱性质和化学反应等信息，广泛应用于分子和材料研究。常用软件如VASP、Gaussian等，计算过程涉及交换-相关泛函、基组和网格选择，可通过并行计算等技术提升效率。

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第一性原理差分电荷密度（DFT）计算是一种用于计算分子和材料结构的计算化学方法。它基于物理学原理和量子力学理论，通过解决薛定谔方程来计算电子在分子和材料结构中的行为。DFT是一种非常重要的计算方法，因为它可以提供关于分子和材料结构的详细信息，这些信息可以用于研究化学反应、物质性质和许多其他方面的研究。

DFT计算通过计算分子或材料结构中的每个原子的电子态来实现。这些电子态可以用电荷密度函数表示。电荷密度函数是描述电子在分子或材料结构中的分布的数学函数。

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差分电荷密度 matlab,关注：电荷密度计算及图形化处理，电声耦合常数计算
weixin_42317115的博客
03-18 3275
1) 电荷密度计算及图形化处理；2) 电声耦合常数计算；3) Raman光谱计算与分析题记：好久没碰过计算了，一篇稿子搁置了一年，是时候重新拿起来了，希望两周内能完成；这段时间希望在朋友们的帮助下，着力解决上述三个问题参考资料：(一)若干问题1、请问价电子密度等值面图与电荷密度图的区别？电子密度等值面图是电荷密度图的一种表达方式，但通常来说喜欢用差分电荷密度表示电荷密度的分布是三维空间上的，所以通...
Vasp学习经验 #3（差分电荷密度、吸附能计算）
qq_44795616的博客
10-09 6070
针对异质结，进行整体电荷密度计算后，将文件复制两个（如果异质结为两部分），修改每个部分的POSCAR（仅有一部分的结构），并相应修改POTCAR，再次提交进行计算，然后将三个电荷密度相减即可得到差分电荷密度。Eb=E(M@Cu)-E(M)-E(Cu)大分子通过逐渐移动，通过计算的吸附能寻找最可能的吸附位置。通过将吸附客体分子按照可能的位置放在吸附剂的结构文件中，分别计算total的，吸附剂的，吸附分子的能量，相减得到吸附能。其中，三者在进行计算时的INCAR参数、晶胞参数、晶格参数应当相同。
如何计算差分电荷密度并可视化
qq_46679797的博客
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第一性原理计算软件攻略-利用VESTA绘制差分电荷密度图解
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差分电荷密度怎么画_【求助】如何做电荷密度图和差分电荷密度图? - 量子化学 - 小木虫 - 学术 科研 互动社区...
weixin_31902781的博客
02-12 1771
人们从化学实践出发，对分子的电子结构一直非常关注。多年来，人们总是想探讨分子中原子的性质，特别是分子中原子的净电荷，提出了各种计算方法，并进行了不断地改进，然而至今都还不能令人满意。特别是原子净电荷划分、计算还远不够完善合理，使得净电荷有时与实验的预期相差太远，许多净电荷异常到不可思议的地步，致使人们对量化计算出的电荷失去信心。在量化图形中，电子密度差Δρ尤其重要！它应是传统的原子净电荷概念的扩大...
差分电荷密度 matlab,差分电荷密度
weixin_35747785的博客
03-18 866
电荷密度图是以图的形式出现在文章中,非常直观,因此对于一般的入 门级研究人员来讲不会有任何的疑问。唯一需要注意的就是这种分析的种种衍生 形式 ,比如差分电荷......比如差分电荷密图 (def-ormation charge density)和二次差分图(difference charge density)等等,加 自旋极化的工作还可能有自旋极化电荷密度图 (spin-polarized ......
差分电荷密度怎么画_VASP实用教程从入门到进阶第九弹：差分电荷密度
weixin_39979245的博客
12-11 7707
前面的教程介绍了VASP的输入文件的准备和输出文件的解读，以及建立模型的方法，相信大家通过结合前面的教程并不断地练习一定可以很快的掌握VASP计算的基本技能。接下来我们将通过三章教程来讲解一下电荷方面的计算教程。本章教程先来讲解一下如何计算差分电荷密度。差分电荷密度(charge density difference)通常是用来分析成键的过程或是结构弛豫前后电荷的转移，当然，也有人用来分...
VENUS电荷密度图
10-12
画电荷密度图，画差分电荷密度，属于vasp计算的后处理软件，与VESTA类似
VASPKIT绘制电荷差分密度
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01-11 4751
电荷密度差分（charge density difference）是研究电子结构的一种重要手段，通过它可以直观地观察两个片段相互作用后的电子流向，以及原子在形成分子过程中电子密度的变化，从而探究化学键的本质。
差分电荷密度怎么画_VASP的差分电荷密度计算及图像处理
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12-23 4861
使用的软件：VASP, VESTA, SshClientDefinition差分电荷密度 (deformation charge density) : 成键后的电荷密度与对应的点的原子电荷密度之差。通过差分电荷密度的计算和分析，可以清楚地得到在成键和成键电子耦合过程中的电荷移动以及成键极化方向等性质。二次差分电荷密度 (difference charge density) ：指同一个体系化学成分或...
差分电荷密度怎么画_夏定国教授课题组：电解质阴离子氧化还原赝电容可进一步提升锂离子电池能量密度...
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12-17 1017
【研究背景】锂离子电池作为现今高效的储能器件，需要更高的能量密度来促进社会的进步和发展。传统的正极材料基于阳离子氧化还原反应只能提供有限的能量密度，而富锂层状岩盐相氧化物可在阳离子氧化还原的基础上进一步实现阴离子的电荷转移，即所谓的阴离子氧化还原反应，从而提升了材料的能量密度。然而，电极材料体相的阴离子参与反应会引起诸如析氧、过渡金属迁移等连锁反应，从而导致容量衰减和电压衰退等一系列问题...
Material Studio 计算分子静电力、电荷密度以及差分电荷密度
A20802013的博客
05-07 2401
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12-23 5032
1) 电荷密度图、差分电荷密度图及ELF的原理2) 计算方法及参数设置影响ELF精确性的参数有哪些？ 在计算效率与精确性/准确性之间衡量。Ecut, KPOINTS?3) 画法及单位问题4) 差分电荷电荷密度图与ELF判别成键情景的各自优毛病5) 软件开发->背后物理化学意义的深刻认识->详细运用(软件开发者，这三方面都做得非常好；其他应用者，应将关器重点放在后面两...
差分电荷密度 matlab,CASTEP 差分电荷密度操作流程
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03-18 1298
原标题：CASTEP 差分电荷密度操作流程本示例以 CO 吸附在 Pt(111) 表面上为例1、对吸附的结构进行结构优化，如图1所示： 图1 「优化后的结构」 2、如果要研究吸附分子 CO 和表面 Pt 的之间由于吸附引起的电荷转移，则要选中 CO 分子并定义 Set 。【操作】：主标题栏 Edit-Edit sets ，在 Define New Set 对话框的 Name 参数设置处，输入的 s...
[VASP learning]计算氧气分子的差分电荷密度、自旋电荷密度、态密度
Dr_Carrot的博客
01-20 2992
用VESTA进行差分电荷密度计算，用vaspkit处理CHGCAR拆分自旋电荷密度，从DOSCAR和PROCAR进行态密度分析。
差分电荷密度怎么画_MS电荷密度在Origin中作图方法
weixin_35736086的博客
12-23 3042
MS电荷密度在Origin中作图方法很早就想把这个给大家分享，因为看到一些虫子还在为此发愁。我也用过matlab，但结果不甚理想，所以就想如何在origin中快速实现。1、Totaldensitymap现在MS中save为文件，当然你需要将你的隐藏文件和扩展名都能显示，在结果文件夹中找到*.chrgm(好像是).charg_frm文件从origin中导入这个文件,得到4列数据,分别为a,b,...
如何将VASP计算的差分电荷密度图导入VMD可视化
最新发布
06-28
<think>我们首先需要明确用户的需求：将VASP计算得到的差分电荷密度数据导入VMD进行可视化。根据引用[1]和[2]提供的信息，我们知道在VASP计算中，差分电荷密度通常通过计算两个电荷密度文件的差值得到（例如CHGCAR2 -CHGCAR1），然后使用VASP的工具（如314和316）来生成可视化的数据。但是，用户希望将这些数据导入VMD。步骤：1.获取差分电荷密度文件：通常，差分电荷密度是通过两个自洽计算得到的CHGCAR文件相减得到的。可以使用VASP自带的chgdiff.pl脚本（位于vasp的scripts目录下）来生成差分电荷密度文件（比如命名为CHGCAR_diff）。命令示例：`chgdiff.plCHGCAR1CHGCAR2`会生成CHGCAR_diff。2.将差分电荷密度文件转换为VMD可读的格式。VASP的电荷密度文件（CHGCAR）是特定格式的文本文件，而VMD通常使用cube格式或dx格式。因此，我们需要将CHGCAR_diff转换为cube格式。3.使用VASP提供的工具（如chg2vasp）或者第三方脚本（如vasp2cube）将CHGCAR_diff转换为cube文件。4.在VMD中打开cube文件进行可视化。具体操作：步骤1：生成差分电荷密度文件-确保你有两个CHGCAR文件（例如，CHGCAR1和CHGCAR2）。-运行`chgdiff.plCHGCAR1CHGCAR2> CHGCAR_diff`（注意：chgdiff.pl可能需要你从VASP的脚本目录中复制过来，并赋予执行权限）。步骤2：转换CHGCAR_diff为cube格式-我们可以使用`vasp2cube`工具（这是一个常用的转换工具，可以在网上找到，例如在github上搜索vasp2cube）。或者使用VASP自带的工具（如果有的话）？但VASP本身不直接提供vasp2cube，通常需要第三方脚本。-这里我们使用一个常用的Python脚本：chg2cube.py（可以在网上找到，例如在Materials Project的pymatgen中也有相关功能，但这里我们用一个简单的转换脚本）。如果没有现成的转换工具，我们可以自己写一个简单的转换步骤：由于cube格式包含以下部分：-头两行：注释-第三行：原子数（后面跟着三个坐标原点的坐标）-接下来三行：每行第一个数字是网格点数，后面三个数是网格矢量（单位是Bohr？注意单位转换）-然后每个原子的信息：原子序数、电荷数（通常为0）、原子坐标（单位：Angstrom）-最后是电荷密度数据，每行6个数据（按x,y,z的顺序，先x变化，然后y，最后z）但是，CHGCAR的格式：-第一行：注释-第二行：缩放因子-第三到五行：晶格矢量（乘以缩放因子得到实际晶格矢量）-第六行：元素种类-第七行：各元素原子数-第八行：Selective dynamics（如果有）-第九行：Cartesian或Direct，然后跟着原子坐标（如果是Cartesian，单位是Angstrom；如果是Direct，则是分数坐标）-然后是一个空行，接着是电荷密度网格的维度（三个整数）-然后就是电荷密度数据（按z, y, x的顺序，先x变化，然后y，最后z？注意：VASP的CHGCAR数据存储顺序是：先x（从0到N1-1），然后y（从0到N2-1），最后z（从0到N3-1），但写入文件时，按z循环最外层，然后y，然后x，每个z平面写一个块，每个块内按y方向的行，每行有x方向的数据点，每行5个数据点（固定格式））。因此，转换过程需要：-读取CHGCAR_diff，解析晶格、原子位置和电荷密度数据。-将电荷密度数据重新排列为cube格式（cube格式是x,y,z顺序，且最外层是x？实际上cube格式是：先x变化最快，然后y，然后z最慢？但cube格式的网格数据存储顺序是：先x（从0到N1-1），然后y（从0到N2-1），最后z（从0到N3-1），即最外层是z，然后y，然后x变化最快？这个需要确认。实际上，cube格式的数据存储顺序是：z轴最慢，然后是y轴，x轴最快。而VASP的CHGCAR存储顺序是：z轴最慢，然后是y轴，然后x轴（每个z平面内，按行（y）存储，每行有x个数据）。所以存储顺序一致？但要注意CHGCAR中每个z平面内，数据是按行（y）存储，每行有x个数据，而cube格式也是按每个z平面，然后每个y行，每行x个数据。所以数据顺序可以直接使用？只需要调整格式。但是，由于CHGCAR的数据是列优先（Fortran顺序），而cube格式是行优先（C顺序）？实际上，VASP的CHGCAR存储顺序是：x（最快），y（次之），z（最慢）？但写入文件时，它是按z循环（最外层），然后y，然后x（每个x一行？）。实际上，CHGCAR的数据顺序是：对于每个z（从0到N3-1），对于每个y（从0到N2-1），写入一行x（0到N1-1）的数据。所以存储顺序是：z（最慢），y（次之），x（最快）。而cube格式的存储顺序也是：z（最慢），y（次之），x（最快）。因此，数据顺序可以直接使用，不需要重排。因此，转换步骤：-读取CHGCAR_diff，跳过前面的注释和原子信息，读取网格大小（N1,N2, N3）。-读取电荷密度数据（注意，数据是按每行5个数据，每个z平面有N2行，每行有N1个数据，总共有N3个平面）。-然后，按照cube格式写入：-头两行：任意注释（例如第一行写“Cubefile generatedfromVASP CHGCAR_diff”，第二行写“byuser”）-第三行：原子总数（假设为n_atoms）和原点坐标（通常取晶格的原点0,0,0）-接下来三行：网格点数（N1,N2,N3）和每个网格的矢量（注意：网格矢量需要乘以晶格矢量除以网格点数？实际上，cube格式的网格矢量是每个网格的长度矢量，而VASP中网格是均匀划分的，所以每个网格的矢量是：晶格矢量a除以N1，b除以N2，c除以N3？注意单位：晶格矢量的单位是Angstrom，cube网格矢量的单位也是Angstrom（或Bohr？通常cube文件用Angstrom）？这里我们统一用Angstrom。-然后写入每个原子的信息：原子序数（根据元素种类），电荷数（0），原子坐标（Cartesian坐标，单位Angstrom）-然后写入电荷密度数据，每个数据点一行？实际上cube格式要求每行6个数据（但也可以不固定，但通常每行6个）。我们按每行6个数据写入。但是，由于CHGCAR_diff的数据量很大，我们最好使用现成的转换工具。推荐使用开源工具：VASP2cube（https://github.com/raedwulf/vasp2cube）或者pymatgen（一个强大的材料分析库）中的转换功能。使用pymatgen转换：-安装pymatgen：`pip installpymatgen`-使用以下命令：`vasp2cube CHGCAR_diff -e`（这个命令实际上不存在，我们需要用pymatgen的脚本）实际上，pymatgen有一个转换函数，我们可以写一个小脚本：```pythonfrom pymatgen.io.vaspimport Chgcarfrompymatgen.io.cube importCubechg= Chgcar.from_file("CHGCAR_diff")cube =Cube(chg.structure,chg.data['total'])#注意：差分电荷密度数据在chg.data['total']中cube.write("diff.cube") ```但是，注意：pymatgen的Chgcar类读取CHGCAR文件，然后Cube类可以将其转换为cube格式。不过，pymatgen的Cube类默认写入的数据是电子电荷密度（单位是e/Angstrom^3），而VASP的CHGCAR也是这个单位，所以直接转换即可。步骤3：在VMD中打开cube文件-打开VMD，选择“File”-> “New Molecule”，然后浏览到diff.cube文件，选择格式为“Gaussian Cube”，然后点击“Load”。-然后，在VMD主窗口中，选择“Graphics” ->“Representations”，在“DrawingMethod”中选择“Isosurface”，然后调整等值面的数值（例如0.001，-0.001等，正负值可以分别用不同颜色表示）。注意：差分电荷密度有正有负，因此我们可能需要两个等值面：一个为正（比如0.001），颜色为蓝色（表示电子增加）；一个为负（比如-0.001），颜色为红色（表示电子减少）。在VMD中设置两个等值面：-在“Representations”窗口中，点击“CreateRep”创建一个新的表示，然后在第一个表示中选择“Isosurface”，设置等值面值为0.001，颜色为蓝色；在第二个表示中设置等值面值为-0.001，颜色为红色（注意：负值需要取绝对值，然后设置颜色）。但是，VMD默认的等值面设置只能同时显示一个值。要同时显示正负，我们需要创建两个表示（representations）：-第一个表示：选择“Isosurface”，Isovalue设为0.001，颜色设为蓝色。-第二个表示：再创建一个表示，选择“Isosurface”，Isovalue设为-0.001，然后勾选“Set absolutevalue”（这样就会显示绝对值的等值面，但颜色需要设置，通常负值用红色），然后颜色设为红色。但是，VMD默认的等值面颜色设置是针对整个表示的，我们可以通过Trajectory标签页下的“Color by”选项，选择“ColorID”然后选择蓝色或红色。具体步骤：-加载cube文件后，在图形表示窗口（Graphical Representations）中，先选择“CreateRep”创建一个新的表示。-在第一个表示的“DrawStyle”中选择“Isosurface”，在“Isosurface”标签下，将“Draw”设为“SolidSurface”，然后设置“Isovalue”为0.001（根据实际数值调整，可能需要尝试），然后在“Coloring Method”中选择“ColorID”，并选择蓝色（比如4blue）。-创建第二个表示：点击“CreateRep”，同样选择“Isosurface”，设置“Isovalue”为-0.001，然后勾选“Setabsolute value”（这样VMD会取绝对值并显示等值面，但数据值仍为负，所以我们需要反转颜色？实际上，我们只是显示绝对值，所以等值面显示的是0.001的绝对值，但数据是负的，我们可以用颜色来区分）。在“ColoringMethod”中选择“ColorID”，并选择红色（比如1 red）。这样，我们就同时显示了正负等值面。注意：等值面的数值需要根据实际差分电荷密度的范围来调整，通常需要尝试几个值。另外，我们还可以在VMD中显示原子结构，以便观察成键位置。总结步骤：1.生成差分电荷密度文件（CHGCAR_diff）。2.使用pymatgen将CHGCAR_diff转换为cube格式（diff.cube）。3.在VMD中打开diff.cube，并设置两个等值面（正负）来观察差分电荷密度。如果用户没有安装pymatgen，也可以使用其他转换工具，或者自己编写转换脚本（但需要小心处理数据顺序和格式）。注意：在转换过程中，确保单位一致（都是Angstrom）和数据的正确性。引用说明：-引用[1]提到了差分电荷密度图的画法，说明通常使用VASP的314和316功能，但我们现在讨论的是导入VMD，所以不直接使用这些功能，而是通过转换文件格式。-引用[2]提到了VASP中的电荷密度分析（314和316），但这里我们主要关注如何导出到VMD。因此，我们按照上述步骤回答用户。相关问题：1.如何用VASP计算差分电荷密度？2.除了VMD，还有哪些软件可以可视化差分电荷密度？3.如何调整VMD中等值面的颜色和透明度？现在，我们给出详细的步骤。</think>### 将 VASP 差分电荷密度数据导入 VMD 可视化 以下是详细的操作步骤，结合 VASP 输出处理和 VMD 可视化设置： #### **步骤 1：生成差分电荷密度文件** 1. **计算差分电荷密度** 使用 VASP 的 `chgdiff.pl` 脚本（位于 VASP 工具目录）生成差分电荷密度文件： ```bash chgdiff.pl CHGCAR1 CHGCAR2 > CHGCAR_diff ``` - `CHGCAR1` 和 `CHGCAR2` 是两个状态（如吸附前后）的电荷密度文件 - 输出 `CHGCAR_diff` 包含差分电荷密度数据（$\Delta\rho = \rho_{\text{状态2}} - \rho_{\text{状态1}}$） 2. **关键注意事项** - 确保所有 `CHGCAR` 文件使用相同网格精度（通过 `NGX/Y/Z` 参数控制）[^2] - 差分电荷密度值可正（电子积累）可负（电子耗散），需保留符号信息 #### **步骤 2：转换为 VMD 可读格式** 1. **使用 pymatgen 转换为 CUBE 格式** 安装并运行 Python 脚本： ```bash pip install pymatgen ``` ```python from pymatgen.io.vasp import Chgcar from pymatgen.io.cube import Cube chg = Chgcar.from_file("CHGCAR_diff") cube = Cube(chg.structure, chg.data['total']) cube.write_file("diff.cube") ``` 2. **替代方法：手动转换脚本** 若未安装 pymatgen，可用以下 Bash 脚本转换： ```bash # 提取网格和晶格信息 head -n 10 CHGCAR_diff > header tail -n +11 CHGCAR_diff | awk 'NR>1 {print}' > data # 生成 CUBE 头 awk 'NR==2{scale=$1} NR>=3 && NR<=5{print $0*scale}' header > tmp echo "Generated from VASP" > diff.cube echo "OUTER LOOP: Z, MIDDLE LOOP: Y, INNER LOOP: X" >> diff.cube awk 'NR==1{print 0, 0, 0, 0} NR==6{atoms=$1+$2+$3} {print}' header >> diff.cube cat tmp >> diff.cube # 添加原子坐标和电荷数据 tail -n +9 header | head -n $atoms >> diff.cube echo "$(head -n 1 data)" >> diff.cube # 网格尺寸 cat data >> diff.cube ``` #### **步骤 3：在 VMD 中可视化** 1. **加载 CUBE 文件** ```tcl mol new diff.cube type cube waitfor all ``` 2. **设置正负值等值面** - **正差分值（电子积累，蓝色）**： ```tcl mol rep Isosurface 0.01 0 0 0 1 1 mol color ColorID 0 mol material Opaque ``` - **负差分值（电子耗散，红色）**： ```tcl mol rep Isosurface -0.01 0 0 0 1 1 mol color ColorID 1 mol material Transparent # 推荐透明以观察重叠区域 ``` 3. **调整显示效果** - 使用 `Graphics > Representations` 修改： - `Isovalue`：根据数据范围调整（典型值 $ \pm 0.001 \sim 0.1\ e/\text{Å}^3 $） - `Draw Style`：Surface + Transparency - `Coloring Method`：ColorID 或 Position #### **关键技巧** 1. **符号处理** VMD 默认显示绝对值的等值面。负值需勾选 **"Set absolute value"** 并指定负等值面值。 2. **结构对齐** 加载晶体结构文件（如 `POSCAR`）作为背景参考： ```tcl mol new POSCAR.vasp ``` 3. **批量处理脚本** 保存 Tcl 脚本实现一键可视化： ```tcl # load_cube.tcl mol new diff.cube type cube mol rep Isosurface 0.01 0 0 0 1 1 mol color ColorID 0 mol rep Isosurface -0.01 0 0 0 1 1 mol color ColorID 1 ``` 运行：`vmd -e load_cube.tcl` --- ### 常见问题解答 **Q1: 差分电荷密度值异常小（如 $10^{-6}$），VMD 无法显示？** > 尝试： > 1. 在 VASP 计算时增加 `NGX/Y/Z` 提高精度 > 2. 用 `scale = 10` 在转换脚本中放大数据值 > 3. 手动修改 CUBE 文件数据行：`awk '{for(i=1;i<=NF;i++) $i=$i*10}1' data` **Q2: 如何显示特定原子的差分电荷？** > 使用 `VMD > Graphics > Representations`： > - 创建新 `Rep`，选择 `Atoms` 标签 > - 输入选择语句（如 `index 0 1 2` 选择前三个原子） > - 设置 `Isosurface` 并调整局部等值面值 **Q3: 能否导出高质量图片？** > 推荐流程： > 1. `Render > Tachyon` 选择光线追踪 > 2. 调整视角后执行： > ```tcl > render Tachyon diff.tga > ``` > 3. 用 ImageMagick 转换：`convert diff.tga diff.png` ---
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