À l'aide de techniques de caractérisation neutronique, une équipe de scientifiques a scruté l'un des exemples les plus uniques de fil d'or, comprendre pour la première fois la structure de l'échantillon et le processus de formation possible. Le 263 grammes, spécimen de 12 centimètres de haut, connu sous le nom de corne de bélier, appartient à la collection du Musée minéralogique et géologique de l'Université Harvard (MGMH).

"Presque rien d'autre que l'existence du spécimen n'est connu sur le fil d'or, " dit Sven Vogel, un physicien au centre des sciences neutroniques du Laboratoire national de Los Alamos, LANCE, un accélérateur de particules d'un demi-mile de long qui fournit des protons et des neutrons de haute et basse énergie pour une grande variété de recherches scientifiques.

Trouvé en 1887 à la mine Ground Hog à Red Cliff, Colorado, mystérieusement en forme de faisceau de fils torsadés au lieu de la pépite d'or plus reconnaissable, la corne de bélier a déconcerté les minéralogistes depuis sa découverte. L'inconnu :quelle est sa structure fondamentale et comment s'est-il formé ?

"Certains métaux natifs, un métal ou alliage métallique présent dans la nature peut apparaître dans ce qu'on appelle la morphologie du fil, " a déclaré John Rakovan, Professeur de Minéralogie à l'Université de Miami en Ohio. "Beaucoup plus commun en argent, la morphologie du fil est rarement observée dans les échantillons d'or et ce spécimen est sans aucun doute le plus bel exemple connu."

En raison de sa rareté et de la valeur monétaire associée, il n'est pas possible de couper ou de casser le spécimen, et en raison de sa densité, les rayons X de faible énergie et d'autres diagnostics ne peuvent interroger que les surfaces extérieures, donc aucune étude scientifique n'a jamais été publiée sur la nature interne de ce spécimen, jusqu'à maintenant.

Les résultats de la recherche suggèrent que le fil d'or est très différent du fil d'argent. "Le fil d'argent est un agrégat polycristallin semblable à une mosaïque avec plusieurs centaines à des milliers de cristaux dans un seul fil, " dit Rakovan. " L'or semble n'être composé que de quelques monocristaux. Par ailleurs, nous avons découvert que ces échantillons ne sont pas de l'or pur, mais plutôt des alliages or-argent avec jusqu'à 30 pour cent d'argent remplaçant l'or dans la structure atomique."

"Nous savions qu'en surface cet échantillon d'or contenait environ 70 pour cent d'or mais personne ne savait si c'était seulement le cas en surface, " dit Vogel. " En utilisant notre source de neutrons, que nous utilisons normalement pour étudier des matériaux comme les alliages d'uranium ou les combustibles nucléaires, nous avons pu vérifier que cet échantillon est homogène, ce qui signifie que tout l'échantillon est ce mélange 70-30 d'or et d'argent."

Dans une étude distincte, Rakovan et ses collègues ont récemment découvert que la croissance du fil d'argent conduit à un enrichissement isotopique inattendu. L'équipe de Los Alamos utilise les données de spectroscopie neutronique pour évaluer si un enrichissement isotopique se produit également dans ces alliages or-argent. Autre surprise, l'uniformité du mélange or/argent. "Parce que l'alliage est très homogène, il semblerait que l'argent se lie à l'or dans la structure cristalline au niveau atomistique, " a déclaré Rakovan.

Les résultats de cette étude auront des implications pour les géoscientifiques qui tentent de comprendre les processus géochimiques qui sont en jeu dans la formation des gisements d'or, et pour les scientifiques et les ingénieurs des matériaux qui peuvent utiliser les propriétés uniques de ces matériaux dans des applications technologiques.

Les capacités uniques de l'installation LANSCE peuvent être utilisées pour étudier l'intérieur de spécimens précieux comme ce fil d'or sans avoir à les ouvrir pour analyse. En utilisant des techniques neutroniques au LANSCE, les scientifiques peuvent « regarder » à l'intérieur de ces grands spécimens d'or, de manière non destructive, et découvrez leur texture, structure atomique, et la chimie des éléments et des isotopes.

L'échantillon sera la pièce maîtresse d'une nouvelle exposition au Harvard Museum of Natural History au printemps 2020. "The Rare and Beautiful, " mettre en valeur les aspects qui font la valeur d'un objet, et comment l'appréciation de l'humanité pour la beauté, rareté, l'unicité et la culture ont façonné ces valeurs. Le fil d'or n'est pas seulement le plus beau spécimen d'or du monde, mais il représente également des circonstances uniques de formation qui révèlent son processus de formation et finalement l'histoire de la Terre. L'exposition est une occasion rare pour le public de voir ce spécimen d'or, normalement conservés dans un coffre-fort de banque à l'abri des regards.

« Le musée minéralogique et géologique de Harvard est l'un des musées de minéraux les plus anciens et les plus actifs des États-Unis, " a déclaré Raquel Alonso-Perez, conservateur à la MGMH. "En raison du solide département de chimie de Harvard, l'Université a commencé à collecter des minéraux à partir des années 1850 pour mieux comprendre leur structure cristalline d'un point de vue chimique. » Le spécimen de fil d'or a été légué à Harvard en 1947 dans le cadre de la collection A. C. Burrage.

"Ces collaborations académiques repoussent vraiment les limites pour nous, " a déclaré Vogel. "Nous utilisons généralement l'accélérateur LANSCE pour caractériser les matériaux pertinents pour la mission Los Alamos, mais nous pouvons parfois l'appliquer à des échantillons géologiques comme ce très célèbre spécimen d'or. C'est un gagnant-gagnant pour le Laboratoire et les universités."