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네빌 프랜시스 모트

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목차

1. 개요

네빌 프랜시스 모트는 영국의 물리학자이다. 기체에서의 충돌, 고체 물리학, 특히 금속과 절연체의 전이에 대한 이론적 연구를 수행했으며, 사진 유제의 감광 과정에 대한 거니-모트 이론을 제시했다. 브리스틀 대학교 교수, 캐번디시 연구소 소장을 역임했으며, 1977년 필립 워런 앤더슨, 존 해즈브룩 반 블렉과 함께 노벨 물리학상을 수상했다.

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네빌 프랜시스 모트 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
이름네빌 프랜시스 모트
출생 이름네빌 프랜시스 모트
네빌 모트 (1952)
출생일1905년 9월 30일
출생지영국 리즈
사망일1996년 8월 8일
사망지영국 밀턴킨즈
국적영국
분야물리학
알려진 업적모트 절연체
모트 다항식
모트 문제
모트 산란
모트 공식
모트 가변 범위 호핑
모트-베테 공식
모트-거니 법칙
모트-쇼트키 방정식
모트-쇼트키 플롯
쇼트키-모트 규칙
와니어-모트 엑시톤
띠 굽힘
유사갭
네빌 모트 메달 및 상
근무지맨체스터 대학교
케임브리지 대학교
브리스틀 대학교
모교케임브리지 대학교
박사 지도 교수R.H. 파울러
박사 지도 학생폴커 하이네
수상왕립 학회 회원 (1936년)
휴스 메달 (1941년)
로열 메달 (1953년)
코플리 메달 (1972년)
A. A. 그리피스 메달 및 상 (1973년)
패러데이 메달 (1973년)
노벨 물리학상 (1977년)
작위기사 (Sir)
노벨상 정보
노벨상 수상 링크네빌 모트 on NobelPrize.org
노벨상 수상 분야노벨 물리학상
노벨상 수상 이유자기 및 무질서계의 전자 구조에 대한 이론적 연구
노벨상 수상 연도1977년

2. 생애

네빌 프랜시스 모트는 리즈에서 물리학 연구를 하던 부모 사이에서 태어나 케임브리지 대학교에서 교육받았다. 그는 맨체스터 대학교, 케임브리지 대학교, 브리스틀 대학교 등에서 물리학 교수 및 연구원으로 활동했으며, 특히 1954년부터 1971년까지 케임브리지 대학교의 저명한 캐번디시 물리학 교수를 역임했다. 또한 1959년부터 1966년까지 곤빌 앤드 케이우스 대학의 학장을 지냈다.

초기에는 기체 내 입자 충돌에 대한 이론 연구에 집중했으나, 이후 고체 물리학으로 관심을 넓혀 금속과 합금의 성질, 산화 과정, 사진 유제의 작동 원리, 결정 내 전위 이론 등 다양한 분야에서 중요한 기여를 했다. 제2차 세계 대전 중에는 레이더 개발 연구에 참여하기도 했다.

그의 가장 중요한 업적 중 하나는 모트 절연체와 같이 자성을 띠거나 무질서한 시스템에서의 전자 구조에 대한 연구로, 특정 조건에서 물질이 금속에서 절연체로 변하는 모트 전이 현상을 이론적으로 설명했다. 이러한 "자성 및 무질서 시스템의 전자 구조에 대한 기본적인 이론적 연구"의 공로를 인정받아 1977년 필립 워런 앤더슨, 존 해즈브룩 반 블렉과 함께 노벨 물리학상을 수상했다.[9]

모트는 1936년 왕립학회 회원(FRS)으로 선출되었고,[10] 1962년에는 기사 작위를 받았다.[11] 그는 퍼그워시 회의 영국 그룹 의장을 역임했으며, 1981년 세계 문화 협의회 창립 회원이 되는 등[13] 학문 외적인 활동에도 참여했다. 1995년에는 명예 동반자 훈장을 받았다.[14]

약 90세까지 연구 활동을 이어갔으며, 1996년 8월 8일 90세의 나이로 사망했다.[16]

2. 1. 유년기 및 교육

모트는 리즈에서 찰스 프랜시스 모트(Charles Francis Mott)와 릴리안 메리 레이놀즈(Lilian Mary Reynolds) 사이에서 태어났다. 그의 외할아버지는 존 리차드슨 경(Sir John Richardson)이었고, 외증조할아버지는 존 헨리 펠리 경(Sir John Henry Pelly, 1st Baronet)이었다. 어머니 레이놀즈 여사는 케임브리지 수학 트라이포스를 졸업했으며, 당시 케임브리지 최고의 여성 수학자로 평가받았다. 그의 부모는 모두 J.J. 톰슨 밑에서 물리학 연구를 하던 중 캐번디시 연구소에서 만났다.

네빌은 처음에 그의 아버지가 기글스윅 스쿨에서 수석 과학 교사로 있던 웨스트 라이딩 요크셔의 기글스윅 마을에서 자랐다. 그의 어머니 또한 같은 학교에서 수학을 가르쳤다. 아버지의 직업 때문에 가족은 먼저 스태퍼드셔로, 그 다음 체스터로, 그리고 마지막으로 그의 아버지가 교육국장으로 임명된 리버풀로 이사했다. 모트는 처음에 어머니에게 가정 교육을 받았다. 열 살 때, 그는 브리스톨의 클리프턴 칼리지[6]에서 정식 교육을 시작했고, 그 후 케임브리지 세인트 존스 칼리지에서 R.H. 파울러의 지도를 받으며 수학 트라이포스를 공부했다.[7]

2. 2. 연구 경력

1929년 맨체스터 대학교 물리학과 강사로 학문 경력을 시작했다. 1930년에는 곤빌 앤드 케이우스 대학의 펠로우이자 강사로 케임브리지로 돌아왔으며, 1933년 브리스틀 대학교의 멜빌 윌스 이론물리학 교수로 임명되었다.

1948년에는 브리스틀 대학교의 헨리 오버턴 윌스 물리학 교수이자 헨리 허버트 윌스 물리학 연구소 소장이 되었다. 이후 1954년 케임브리지 대학교의 캐번디시 물리학 교수로 임명되어 1971년 은퇴할 때까지 재직했다. 케임브리지 재직 중에는 매우 높은 비용 문제로 계획되었던 입자 가속기 건설을 취소하는 데 중요한 역할을 하기도 했다. 또한 1959년부터 1966년까지 곤빌 앤드 케이우스 대학의 학장을 역임했다.

'''초기 연구: 기체 내 충돌'''

모트의 초기 연구는 기체 내에서의 입자 충돌, 특히 수소 원자에 대한 전자의 스핀 플립을 동반한 충돌 현상에 대한 이론적 분석에 집중되었다. 이 연구는 이후 전도 전자 간의 유사한 효과 연구와 금속의 자기적 성질에 대한 앙드레 블랑댕 및 준 콘도의 후속 연구에 영향을 미쳤다. 이 시기 모트는 두 권의 중요한 책을 저술했다. 이언 스네든과 공동 편집한 첫 번째 책은 슈뢰딩거 방정식을 실 공간 중심으로 설명하여 양자 역학을 명료하게 제시했다. 두 번째 책은 하트리-포크 방법과 전자 상태의 회전 대칭성을 이용하여 기체 내 원자와 전자의 충돌을 다루었다.

'''고체 물리학 연구'''

1930년대 중반부터 모트의 연구 관심은 고체 상태로 확장되었다.

  • '''금속 및 합금 이론:''' 1936년 H. 존스와 함께 저술한 The Theory of the Properties of Metals and Alloys|eng(금속과 합금의 성질에 관한 이론)는 해당 분야의 발전을 이끈 중요한 저작이다. 이 책에서는 거의 자유로운 원자가 전자 개념을 통해, 원자가 전자의 페르미 구가 원자 구조의 브릴루앙 영역 경계에서 산란될 때 나타나는 휴머로더리 상의 특별한 안정성을 설명했다. 또한 토마스-페르미 근사를 이용해 금속 내 불순물이 장거리 상호작용을 하지 않는 이유를 밝혔고, 전이 금속과 그 합금에서 'd' 원자가 전자의 비편재화가 원자의 자기 모멘트가 보어 마그네톤의 분수 값으로 나타날 수 있음을 설명하며, 이는 단거리에서 강자성 또는 반강자성 결합을 유도할 수 있음을 보였다. 이 연구는 1939년 스트라스부르에서 열린 국제 자기학 회의에서 발표되었으며, 당시 프랑스의 루이 넬이 제시한 관점과 유사했다. 1949년 모트는 자크 프리델에게 금속 내 불순물의 전기장 차폐 현상에 대한 더 정밀한 분석을 제안했고, 이는 특징적인 장거리 전하 진동 현상을 설명하는 결과로 이어졌다. 프리델은 또한 모트의 책에서 제시된 가상 결합 준위 개념을 활용하여 원자 퍼텐셜이 약해 속박 상태를 형성하지 못하는 경우를 설명했다.

  • '''고체의 물리 화학 및 응용:''' 로널드 윌프레드 거니와 함께 저술한 Electronic Processes in Ionic Crystals|eng(고체의 물리 화학)은 더 넓은 범위를 다루었다. 특히 저온에서의 금속 산화 과정을 설명했는데, 산화물 층의 성장이 금속과 흡착된 산소 이온 사이에 형성된 전기장 때문이며, 이 전기장이 무질서한 산화물 층을 통해 금속 이온 또는 산소 이온의 이동을 유도한다고 보았다. 이 연구는 이후 J. 베나르와 니콜라스 카브레라 등의 새로운 연구를 촉진했으며, 주개 및 수용체 불순물 분포 기울기에 따른 반도체에서의 밴드갭 형성 개념의 기초가 되었다. 또한 이 책은 이온성 은 화합물의 사진 반응을 은 이온이 금속 클러스터로 침전하는 과정으로 분석했으며, 이는 사진 유제에서의 잠상 형성에 대한 이론적 설명(거니-모트 이론)으로 이어졌다. 이 연구는 존(잭) 미첼의 연구 활동에 큰 영향을 미쳤다.


'''제2차 세계 대전 중 활동'''

제2차 세계 대전 동안 모트는 영국 육군의 레이더 연구에 참여했다. 그는 안테나가 표적을 추적할 때 측정값이 변동하는 보정 문제가 있던 GL Mk. II 레이더의 운용을 담당하게 되었다. 모트는 레이더 주변에 대형 금속 와이어 매트를 설치하여 매우 평평한 기준면을 만드는 방식으로 이 문제를 해결했다. 또한 전쟁 중 파괴 균열 진행에서 소성 변형의 역할에 대해서도 연구했다.

'''전후 연구: 전위 이론'''

전쟁 후 브리스틀로 돌아온 모트는 프레드릭 찰스 프랭크를 영입하고, 프랭크 나바로, 앨런 코트렐 등과 협력하여 결정 내 전위 연구에서 큰 진전을 이루었다. 이들의 노력으로 브리스틀은 1940년대 후반 전위 연구의 중요한 중심지가 되었다. 모트 자신은 합금 경화와 전위 네트워크가 결정의 탄성 상수에 미치는 영향 등에 기여했으며, 그의 열정은 프랭크의 결정 성장 및 소성 연구, 그리고 이후 케임브리지에서 P. 히르쉬가 수행한 박막 전자 현미경 연구 발전에 중요한 역할을 했다.

'''전자 상관과 모트 전이'''

모트는 전자 상관 문제와 산화 니켈과 같은 특정 물질(베르베이 화합물)이 물리적 조건에 따라 금속에서 비금속 절연체로 변하는 현상에 대해 깊이 연구했다. 이러한 금속-절연체 전이 현상은 그의 이름을 따 모트 전이라고 불리게 되었으며, 강한 전자 상호작용으로 인해 절연성을 띠는 물질은 모트 절연체라고 한다. 그가 도입한 모트 다항식 역시 그의 이름을 딴 것이다.

'''주요 업적 요약'''

모트의 주요 연구 업적은 사진 유제의 감광 과정에 대한 이론적 해명(거니-모트 이론)과 금속 산화물 등에서 전자 간 강한 상호작용에 의한 모트 전이 및 모트 절연체에 대한 이론적 연구이다.

'''기타 활동'''

1953년 일본 교토에서 열린 국제 이론 물리학회의 의장을 맡아 일본을 방문했으며, 1936년에는 왕립학회 회원으로 선출되었다.

2. 3. 연구 업적

맨체스터 대학교 강사(1929), 곤빌 앤드 케이우스 대학 펠로우 및 강사(1930)를 거쳐 브리스틀 대학교 이론물리학 교수(1933)가 되었다. 1948년에는 브리스틀 대학교의 헨리 오버턴 윌스 물리학 교수이자 헨리 허버트 윌스 물리학 연구소 소장이 되었고, 1954년부터 1971년까지 케임브리지 대학교의 캐번디시 물리학 교수를 역임했다. 또한 1959년부터 1966년까지 곤빌 앤드 케이우스 대학의 학장을 지냈다. 1936년에는 왕립학회 회원으로 선출되었다.

모트의 초기 연구는 기체 내 입자 충돌에 대한 이론적 분석에 집중되었다. 특히 수소 원자와 전자의 충돌 시 발생하는 스핀 플립 현상을 다루었는데, 이는 이후 전도 전자 간 상호작용 및 금속의 자기적 성질에 관한 후속 연구(앙드레 블랑댕, 준 콘도 등)에 영향을 미쳤다. 이 시기 연구를 바탕으로 두 권의 책을 저술했다. 이언 스네든과 함께 편집한 책에서는 슈뢰딩거 방정식을 이용해 양자 역학을 명료하게 설명했으며, 다른 책에서는 하트리-포크 방법을 적용하여 기체 내 원자 및 전자 충돌 현상을 분석했다.

1930년대 중반부터 모트는 고체 상태 물리로 연구 분야를 확장했다. H. 존스와 공저한 "금속과 합금의 성질에 관한 이론"(1936)은 거의 자유 전자 모델을 통해 금속 내 원자가 전자의 거동을 설명하는 틀을 제시했다. 이 이론은 원자가 전자의 페르미 구가 원자 구조의 브릴루앙 영역 경계에서 산란될 때 특정 합금상(휴머로더리 상)이 안정화되는 이유를 설명했다. 또한 토마스-페르미 근사를 이용해 금속 내 불순물이 멀리서는 상호작용하지 않는 원리를 밝혔고, 전이 금속에서 d 전자의 비편재화가 원자의 자기 모멘트가 정수가 아닌 분수 값(보어 마그네톤 단위)을 가질 수 있게 하며, 이것이 단거리에서 강자성 또는 반강자성 결합을 유도함을 설명했다. 이는 당시 프랑스의 루이 넬이 주장하던 관점과 유사했다. 이후 모트는 자크 프리델에게 금속 내 불순물의 전기장 차폐 현상을 더 정밀하게 분석하여 장거리 전하 진동 특성을 밝히도록 제안했으며, 프리델은 가상 결합 준위 개념을 발전시켜 원자 퍼텐셜이 약한 경우를 설명했다.

로널드 윌프레드 거니와 공저한 "고체의 물리 화학"에서는 연구 범위를 더욱 넓혔다. 저온에서의 금속 산화 과정을 설명하며, 산화물 층의 성장이 금속과 흡착된 산소 이온 사이에 형성된 전기장에 의해 이온 이동이 강제되기 때문이라고 보았다. 또한, 이온성 은 화합물의 사진 반응(빛에 노출 시 이미지가 형성되는 과정)을 은 이온이 금속 클러스터로 침전하는 과정으로 분석했다.

사진 현상에 대한 연구는 사진 유제에서 빛의 효과로 잠상이 형성되는 과정을 설명하는 거니-모트 이론(Gurney-Mott theory)으로 발전했으며, 존(잭) 미첼의 연구에 큰 영향을 주었다. 모트의 산화 연구는 J. 베나르, 니콜라스 카브레라 등의 후속 연구를 촉진했고, 불순물(주개 및 수용체) 분포에 따른 반도체의 밴드갭 변화 개념의 기초를 마련했다.

제2차 세계 대전 중에는 군용 레이더 연구에 참여하여, GL Mk. II 레이더의 안테나 추적 시 발생하는 측정 오류 문제를 레이더 주변에 대형 금속 와이어 매트를 설치하여 기준면을 평탄화하는 방식으로 해결했다. 또한 파괴 균열이 진행될 때 소성 변형이 미치는 역할에 대해서도 연구했다.

전후 브리스틀 대학교로 돌아온 모트는 프레드릭 찰스 프랭크, 프랭크 나바로, 앨런 코트렐 등과 협력하여 결정 내 전위 연구에서 상당한 진전을 이루었다. 브리스틀은 이 시기 전위 연구의 중요한 중심지가 되었다. 모트 자신은 합금 경화와 전위 네트워크가 결정의 겉보기 탄성 상수에 미치는 영향 등에 기여했으며, 그의 연구 열정은 프랭크의 결정 성장 및 소성 연구, P. 히르쉬의 박막 전자 현미경 연구 등 후속 발전에 큰 영향을 미쳤다.

동시에 모트는 전자 간의 강한 상호작용(전자 상관) 문제에 주목했다. 특히 산화 니켈과 같은 베르베이 화합물이 외부 조건에 따라 도체에서 절연체로 변하는 현상을 설명하는 모트 전이 개념을 제시했다. 이와 관련된 모트 절연체와 모트 다항식 등의 용어도 그의 이름을 따서 명명되었다.

주요 업적으로는 사진 유제의 감광 과정에 대한 이론적 해명(거니-모트 이론), 금속 산화물이나 금속 착체 등에서 전자 간 강한 상호 작용에 의한 도체-절연체 전이(모트 절연체)에 대한 이론 연구 등이 있다. 1953년에는 국제 이론 물리학회(교토) 의장 자격으로 일본을 방문하기도 했다.

2. 4. 제2차 세계 대전 중 활동

제2차 세계 대전 동안 모트는 레이더 연구에 참여했다. 그는 영국 육군의 GL Mk. II 레이더 운용을 맡았는데, 이 레이더는 안테나가 목표물을 추적할 때 측정값이 변하는 심각한 보정 문제가 있었다. 모트는 레이더 주변에 큰 금속 와이어 매트를 설치하여 매우 평평한 기준면을 만드는 방식으로 이 문제를 해결했다. 또한 전쟁 기간 동안 그는 파괴 균열이 진행될 때 플라스틱 변형이 어떤 역할을 하는지에 대해서도 연구했다.

2. 5. 은퇴 및 사망

모트는 루스 엘리너 호더와 결혼하여 엘리자베스와 앨리스 두 딸을 두었다. 딸 앨리스는 교육자로 클라우스 모저와 함께 일했으며, 오픈대학교의 수학 교수였던 수학자 마이크 크램핀과 결혼했다. 네빌 모트는 밀턴 케인스의 애스플리 가이스에 있는 크램핀 가족 근처로 은퇴하여 생활했다. 그의 자서전 A Life in Science|어 라이프 인 사이언스eng는 1986년 테일러 앤드 프랜시스에서 출판되었다.[16] 그는 1996년 8월 8일 90세의 나이로 사망했다. 그의 증조부는 북극 탐험가였던 존 리처드슨 경이었다.[17]

3. 수상 및 서훈

1977년 필립 워런 앤더슨, 존 해즈브룩 반 블렉과 함께 "자성 및 무질서 시스템의 전자 구조에 대한 기본적인 이론적 연구"로 노벨 물리학상을 공동 수상했다.[9] 수상 소식은 독일 마르부르크 대학교 방문 중, 동료 고체 물리학자들과 함께 식당 '디 조네'(Die Sonnede)에서 점심 식사를 하다가 접했다.[9]

모트는 1936년 왕립 학회 회원(FRS)으로 선출되었으며,[10] 1957년에는 물리학회 회장을 역임했다. 1960년대 초에는 영국 퍼그워시 그룹의 의장을 지냈다.[11] 1981년에는 세계 문화 협의회의 창립 회원이 되었다.[13] 그는 약 90세까지 연구를 계속했으며,[14] 1995년에는 러프버러 대학교 물리학과를 방문하여 "65년간의 물리학"이라는 제목으로 강연했다. 이 대학은 매년 '서 네빌 모트 강좌'를 개최하고 있다.[15]

주요 수상 및 서훈 내역은 다음과 같다.


  • 1936년: 왕립 학회 회원(FRS) 선출[10]
  • 1941년: 휴즈 메달(Hughes Medal)
  • 1953년: 로열 메달(Royal Medal), 베이커리언 메달(Bakerian Medal)
  • 1962년: 기사작위 (Knight Bachelor) 서임[18][11]
  • 1972년: 코플리 메달(Copley Medal)
  • 1972년: 헤리엇-와트 대학교 명예 박사 학위[12]
  • 1973년: 패러데이 메달(Faraday Medal) (영국 공학기술 학회)
  • 1977년: 노벨 물리학상[9]
  • 1995년: 컴패니언 오브 아너 (Order of the Companions of Honour, CH)[19][14]

4. 저서

N. F. 모트는 오래된 학술지 《철학잡지(Philosophical Magazine)》를 부활시켜 당시 새롭게 부상하던 고체물리학 분야를 중심으로 한 활발한 출판물로 만들었다. 이를 통해 많은 저자, 독자, 그리고 학계의 관심을 끌어모았다. 그는 프레더릭 자이츠(Frederick Seitz)가 결정 내 점결함에 대해 쓴 논문이 《철학잡지》에 싣기에는 너무 길다는 것을 알고, 이러한 종류의 긴 리뷰 논문을 위한 새로운 학술지인 《물리학의 진보(Advances in Physics)》를 창간하기로 결정했다. 이 두 학술지는 현재까지도 발간되고 있다.

주요 저서는 다음과 같다.

저서명공저자비고
"α-선 궤적의 파동역학(The Wave Mechanics of α-Ray Tracks)"왕립학회 회보 게재 (1929). . 《양자론과 측정》에 재인쇄됨.
《금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transitions)》제2판 (1990). ,
《과학 속의 삶(A Life in Science)》자서전 (1986). , . 일본어판 제목: 『과학으로 사는 삶 ― 네빌 모트 자전』 (1989)
《금속과 합금의 성질 이론(The Theory of Properties of Metals and Alloys)》H. 존스1958년판 정보 있음. 원본 소스에는 『금속 물성론』으로도 언급됨.
『초보 양자역학』
『충돌의 이론』H. 매시
『금속과 비금속의 물리』


참조

[1] 웹사이트 BBC video of Mott interviewed by Lewis Wolpert in 1985 https://www.bbc.co.u[...] 2010-10-08
[2] 웹사이트 Nevill Francis Mott on NobelPrize.org https://www.nobelpri[...] 1977-12-08 #추정 날짜. Nobel Lecture 날짜를 사용했습니다.
[3] 웹사이트 Sir Nevill Francis Mott http://www.nobel-win[...]
[4] 웹사이트 Mott's memories http://www.phy.bris.[...] 2006-01-01 #추정 날짜. 'accessed Jan 2006' 에서 추정
[5] 웹사이트 National Cataloguing Unit for the Archives of Contemporary Scientists https://web.archive.[...] 2006-01-31
[6] 서적 Clifton College Register J.W Arrowsmith for Old Cliftonian Society 1948-04-01 #추정 날짜. 'April, 1948' 에서 추정
[7] 웹사이트 Joseph M. Kahn's Academic Lineage https://ee.stanford.[...] 2024-04-10
[8] 서적 Schonland: Scientist and Soldier https://books.google[...] CRC Press
[9] 서적 Nevill Mott: Reminiscences And Appreciations Taylor & Francis
[10] 논문 Sir Nevill Francis Mott, C. H. 30 September 1905 – 8 August 1996
[11] 저널 New Year Honours List http://www.nature.co[...] 1962-01-06
[12] 웹사이트 Heriot-Watt University Edinburgh: Honorary Graduates http://www1.hw.ac.uk[...] 2016-04-07
[13] 웹사이트 About Us http://www.consejocu[...] World Cultural Council 2016-11-08
[14] 웹사이트 1977: Nevill Francis Mott (1905–1996) St John's College, Cambridge http://www.joh.cam.a[...] 2016-04-07
[15] 웹사이트 Sir Nevill Mott Lecture Series http://www.lboro.ac.[...] Loughborough University 2018-01-18
[16] 서적 A Life In Science https://books.google[...]
[17] 웹사이트 The Nobel Prize in Physics 1977 https://www.nobelpri[...] 2023-12-29
[18] 저널 Supplement to The London Gazette: 1962 New Year Honours https://www.thegazet[...] 2017-05-09
[19] 저널 Supplement to The London Gazette: 1995 Birthday Honours https://www.thegazet[...] 2017-05-09


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