[en] This dissertation is the result of the work carried out in the Nanostructured Materials for Optoelectronics and Energy Harvesting (NANOPTO) research group at the Institute of Materials Science of Barcelona. Part of this work was conducted in collaboration with the Bionanoplasmonic group at the CIC BiomaGUNE in San Sebastian. This work is dedicated to the nanofabrication, characterization, and application of complex plasmonic nanostructures with engineered optical properties. The possibility to play with light at the nanoscale, control its property, mold its flow and concentrate its electric filed in nanometric volumes has led to the arising of a new field of science: nanoplasmonics. This field is constantly growing at a high pace and, along with nanotechnology, is driving the development of next-generation optoelectronic devices. These new research fields have a broad impact from medicine to energy harvesting hence the interest in studying this filed seeking more affordable nanofabrication techniques which will allow the scale-up of plasmonic devices. The manuscript is divided into three sections, which in turn are divided into several chapters. In Section I, we summarize the optical properties of metals highlighting their importance in plasmonics and describing different approaches to fabricate nanostructured devices, namely top-down and bottom-up. A discussion on the main techniques will highlight the strength of unconventional fabrication methods based on soft nanoimprinting. Section II is dedicated to the fabrication, optical characterization and surface-enhanced fluorescence studies with asymmetric plasmonic crystals. The fabrication process combines thermal nanoimprint lithography (top-down) with tilted thermal evaporation (bottom-up) which allow large scale plasmonic system with homogeneous optical properties over a large area. Finally, section III deals with the merger o nanoimprint lithography and nanoparticle self-assembly to achieve long-range homogeneity of nanoparticles supercrystals. In this discussion, we will present a new controlled method to achieve template self-assembly form both gold nanospheres and nanorods. The optical characterization reveals the hybridization between localized plasmon resonances and diffraction modes which allows the tuning of resonances by changing the lattice parameter of the array. The application of supercrystals as Surface-enhanced Raman spectroscopy sensors will be finally explored, studying intra batch and inter batch signal homogeneity unveiling the critical parameters that affect the SERS signal.

[es] Esta tesis está dedicada a la nanofabricación, la caracterización y las aplicaciones de estructuras híbridas plasmónica-fotónica. La posibilidad de trabajar con la luz a la nanoescala, controlar sus propiedades, manejar su flujo y concentrar su campo eléctrico en volúmenes nanométricos, ha llevado al desarrollo de un nuevo campo de la ciencia: la nanoplasmónica. Este campo está en continuo crecimiento y, junto con la nanotecnología, está llevando hacia el desarrollo de nuevos sistemas optoelectrónicos. Estas investigaciones tienen un gran impacto en campos desde la medicina hasta la conversión de energía. De ahí se deriva la necesidad de estudiar nuevas técnicas de nanofabricación y caracterización más asequibles que permitan un fácil escalado de estructuras nanométricas. El manuscrito se compone de dos trabajos principales, ambos dedicados a la utilización de técnicas de nanofabricación híbridas entre bottom-up y top-down. En primer lugar, se han fabricado en gran escala nuevas estructuras plasmónicas asimétricas. Sus propiedades ópticas dependientes de la polarización lineal o circular de la luz han sido estudiadas desvelando cómo la asimetría geométrica permite obtener una diferente respuesta óptica. Entre todas las estructuras estudiadas, matrices de nanoaperturas han sido utilizadas para demonstrar el aumento de fluorescencia debido a la interacción de un colorante con superficies metálicas nanoestructuradas. En segundo lugar, se han fabricado matrices de agregados de nanopartículas de oro a través de técnicas de auto ensamblaje guiadas por un nanopatrón de PDMS. La posibilidad de ajustar las resonancias plasmónicas a lo largo de todo el espectro visible e infrarrojo cercano ha permitido adaptar el sistema para la utilización como sensores de SERS en medios biológicos.