[ca] L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és el desenvolupament d'estratègies alternatives per a la construcció de metasuperfícies plasmòniques col·loïdals, la caracterització de les seves propietats òptiques mitjançant diverses tècniques experimentals i l'aplicació pràctica de les cavitats òptiques finals a l'àmbit de l'òptica no lineal. La creació de matrius plasmòniques finament sintonitzades requereix tècniques de fabricació escalables que combinin els avantatges dels enfocaments descendent i ascendent. Les tècniques d'autoassemblatge amb blocs de construcció col·loïdals ofereixen alternatives de baix cost a les tècniques descendents, proporcionant un enfocament global d'alt rendiment per a la implementació de metasuperfícies plasmòniques col·loïdals en una varietat de materials diferents. Els resultats obtinguts suggereixen que ara l'autoassemblatge és un mètode viable per a la fabricació de cavitats òptiques d'alta qualitat per a aplicacions òptiques avançades com el làser i la fluorescència excitada per dos fotons. A més, el creixement in situ, en què les estructures plasmòniques es formen directament sobre els substrats evitant els passos de síntesi per lots i autoassemblatge, s'ha desenvolupat com una alternativa interessant per aconseguir patrons nanomètrics sintonitzables. La prova de concepte presentada en aquesta tesi demostra la possibilitat de cultivar matrius plasmòniques que es comporten com a cavitats òptiques mitjançant creixement in situ directe, un resultat que mai abans no s'havia aconseguit. El treball experimental de la tesi s'ha realitzat principalment a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), complementat amb un període de recerca de quatre mesos a la Universitat de Houston (Texas, EUA). Tot seguit es presenta un breu esquema de cada capítol. El capítol introductori 1 proporciona el context essencial de la plasmònica i l'òptica no lineal (NL) en el marc d'aquesta tesi, amb un enfocament específic a dilucidar les característiques de les nanopartícules metàl·liques, les matrius de nanopartícules metàl·liques i les interaccions nanopartícules-moleculars per promoure els fenòmens òptics no lineals. L'objectiu del capítol 2 és resumir i classificar els principis de l'assemblatge col·loïdal plasmònic, comparant diferents mètodes de fabricació i destacant-ne els emergents. En particular, l'atenció se centra en enfocaments alternatius que utilitzen litografia suau, inclòs l'autoassemblatge assistit per plantilles i l'estratègia més recent de "creixement in situ" per construir nanoestructures funcionals mitjançant la integració de la litografia de nanoempremta (NIL) i tècniques de contrast químic. La discussió se centra en l'ús de nanopartícules metàl·liques (NP) per crear les anomenades "metasuperfícies plasmòniques basades en col·loïdals". El capítol 3 presenta els resultats de caracterització òptica obtinguts en el context d'aquesta tesi. Es presenten algunes estratègies d'enginyeria per mostrar com es poden prendre diferents rutes per dissenyar una metasuperfície plasmònica col·loïdal. Aquests inclouen el canvi de l'índex de refracció de l'entorn, la morfologia de les unitats plasmòniques o el material del substrat, en fases de pre i post-muntatge. Al capítol 4, la nostra investigació va aprofundir en les característiques de les metasuperfícies plasmòniques col·loïdals en la millora de diversos fenòmens òptics. Aquests incloïen l'emissió estimulant de làser en molècules de colorant comunes (Rodamina B), l'emissió excitada de dos fotons millorada en punts quàntics de nucli de closca i l'emissió quiral induïda en molècules emissores aquirals mitjançant acoblament ressonant amb col·loides disposats en matrius en forma quiral.

[en] This Ph.D. thesis work aimed at the development of alternative strategies for the construction of colloidal plasmonic metasurfaces, the characterization of their optical properties using various experimental techniques, and the practical application of the final optical cavities in the realm of non-linear optics. The creation of finely tuned plasmonic arrays requires scalable fabrication techniques that combines advantages of both top-down and bottom-up approaches. Self-assembly techniques using colloidal building blocks offer low-cost alternatives to top-down techniques, providing a high-throughput all-around approach for implementing colloidal plasmonic metasurfaces on a variety of different materials. The results achieved suggest that self-assembly is now a viable approach for the fabrication of high-quality optical cavities for advanced optical applications such as lasing and enhanced two-photon excited fluorescence. Additionally, in situ growth, where plasmonic structures form directly on substrates avoids batch synthesis and self-assembly steps, was developed as an exciting alternative to achieve tunable nanometric patterns. The proof-of-concept presented in this thesis demonstrates the possibility to grow plasmonic arrays that behave as optical cavities through direct in situ growth, a result that was never achieved before. The experimental work of the thesis was performed mainly in the Institute of Materials Science of Barcelona (ICMAB-CSIC), complemented by one research stay period of four months at the University of Houston (Texas, USA). Below is presented a brief outline of each chapter. The introductory Chapter 1 provides the essential context on plasmonics and nonlinear (NL) optics within the framework of this thesis, with specific focus on elucidating the characteristics of the metal nanoparticles, metal nanoparticles arrays, and nanoparticle-molecular interactions to promote nonlinear optical phenomena. The purpose of Chapter 2 is to summaries and categories the principles of plasmonic colloidal assembly, comparing different fabrication methods and highlighting emerging ones. In particular, the focus is on alternative approaches using soft lithography, including template-assisted self-assembly, and the more recent "in situ growth" strategy for constructing functional nanostructures by integrating nanoimprint lithography (NIL) and chemical contrast techniques. The discussion focuses on the use of metal nanoparticles (NPs) to create so-called "colloidal-based plasmonic metasurfaces". The Chapter 3 presents the optical characterization results obtained in the context of this thesis. Some engineering strategies are presented to show how different routes can be taken to design colloidal plasmonic metasurface. These include changing the refractive index of the environment, the morphology of the plasmonic units or the substrate material, in pre- and post-assembly phases. In Chapter 4 our investigation delved into the characteristics of colloidal plasmonic metasurfaces in enhancing various optical phenomena. These included stimulating lasing emission in common dye molecules (Rhodamine B), enhanced two-photon excited emission in core-shell quantum dots, and induced chiral emission in achiral emitter molecules via resonant coupling with colloids arranged into chiral shaped arrays.