Die funktionale Renormierungsgruppe (fRG) wird in der kondensierten Materie schon seit langem für qualitative Untersuchungen korrelierter Elektronensysteme angewandt. In dieser Arbeit wird diese Methode durch die Implementierung einer effizienten Parametrisierung der Zwei-Teilchen-Wechselwirkung und der multiloop Erweiterung, welche die übliche Hierarchietrunkierung in fRG umgeht und die Parquet Näherung erfüllt, verbessert. Diese Weiterentwicklung führt zu endlichen Suszeptibilitäten für alle untersuchten Temperaturen, sodass, im Einklang mit dem Mermin-Wagner Theorem, keine spontane Symmetriebrechung bei endlichen Temperaturen auftritt. Außerdem wird eine detaillierte Analyse der Selbstenergie und Suszeptibilitäten im 2D Hubbard Modell durchgeführt. Diese zeigt, dass zuverlässige quantitative Ergebnisse berechnet werden können. Allerdings muss für den exakten Vergleich zwischen fRG und Parquet eine neue Selbstenergie-Flussgleichung eingeführt werden, falls die Impulsabhängigkeit der effektiven Wechselwirkung durch Truncated Unity parametrisiert wurde. Um dies zu erklären, konzentriert sich diese Arbeit auf die Selbstenergie, welche Wechselwirkungseffekte auf dem Einteilchenpropagator beschreibt. Durch diagrammatische Argumente wird gezeigt, wie die herkömmliche Flussgleichung bei endlicher Anzahl von Formfaktoren in der Truncated Unity Impulsparametrisierung genäherte Diagramme erzeugt. Die exakte Schwinger-Dyson Gleichung dient als Vorbild für die neue Flussgleichung, welche dieses Problem behebt und zu einer sehr guten Übereinstimmung zwischen den direkten und nachträglich berechneten Ergebnissen des fRG Flusses als auch zwischen der fRG und der selbstkonsistenten Parquet Methode führt. Der Vergleich zwischen fRG Ergebnissen und der numerisch exakten determinant Quantum Monte Carlo Methode zeigt ferner eine sehr gute Übereinstimmung bis zu mittleren Wechselwirkungsstärken. Des Weiteren wird gezeigt, dass der Schwinger-Dyson inspirierte Fluss eine impulsabhängige Spektrallücke (Pseudogap) im halbgefüllten 2D Hubbard Modell hervorrufen kann, während diese in der herkömmlichen Flussgleichung nicht beobachtet wird. Die diagrammatische Analyse des flussabhängigen Auftretens zeigt außerdem, dass auch in fRG der Grund für diese bedeutende in Hochtemperatur-Supraleitern auftretende Eigenschaft in langreichweitigen antiferromagnetischen Fluktuationen liegt. Die hier eingeführten Fortschritte der fRG legen den Grundstein für weiterführende qualitative Analysen und quantitative Rechnungen im 2D Hubbard Model als auch in weiteren allgemeineren Systemen.
Die funktionale Renormierungsgruppe (fRG) wird in der kondensierten Materie schon seit langem für qualitative Untersuchungen korrelierter Elektronensysteme angewandt. In dieser Arbeit wird diese Methode durch die Implementierung einer effizienten Parametrisierung der Zwei-Teilchen-Wechselwirkung und der multiloop Erweiterung, welche die übliche Hierarchietrunkierung in fRG umgeht und die Parquet Näherung erfüllt, verbessert. Diese Weiterentwicklung führt zu endlichen Suszeptibilitäten für alle untersuchten Temperaturen, sodass, im Einklang mit dem Mermin-Wagner Theorem, keine spontane Symmetriebrechung bei endlichen Temperaturen auftritt. Außerdem wird eine detaillierte Analyse der Selbstenergie und Suszeptibilitäten im 2D Hubbard Modell durchgeführt. Diese zeigt, dass zuverlässige quantitative Ergebnisse berechnet werden können. Allerdings muss für den exakten Vergleich zwischen fRG und Parquet eine neue Selbstenergie-Flussgleichung eingeführt werden, falls die Impulsabhängigkeit der effektiven Wechselwirkung durch Truncated Unity parametrisiert wurde. Um dies zu erklären, konzentriert sich diese Arbeit auf die Selbstenergie, welche Wechselwirkungseffekte auf dem Einteilchenpropagator beschreibt. Durch diagrammatische Argumente wird gezeigt, wie die herkömmliche Flussgleichung bei endlicher Anzahl von Formfaktoren in der Truncated Unity Impulsparametrisierung genäherte Diagramme erzeugt. Die exakte Schwinger-Dyson Gleichung dient als Vorbild für die neue Flussgleichung, welche dieses Problem behebt und zu einer sehr guten Übereinstimmung zwischen den direkten und nachträglich berechneten Ergebnissen des fRG Flusses als auch zwischen der fRG und der selbstkonsistenten Parquet Methode führt. Der Vergleich zwischen fRG Ergebnissen und der numerisch exakten determinant Quantum Monte Carlo Methode zeigt ferner eine sehr gute Übereinstimmung bis zu mittleren Wechselwirkungsstärken. Des Weiteren wird gezeigt, dass der Schwinger-Dyson inspirierte Fluss eine impulsabhängige Spektrallücke (Pseudogap) im halbgefüllten 2D Hubbard Modell hervorrufen kann, während diese in der herkömmlichen Flussgleichung nicht beobachtet wird. Die diagrammatische Analyse des flussabhängigen Auftretens zeigt außerdem, dass auch in fRG der Grund für diese bedeutende in Hochtemperatur-Supraleitern auftretende Eigenschaft in langreichweitigen antiferromagnetischen Fluktuationen liegt. Die hier eingeführten Fortschritte der fRG legen den Grundstein für weiterführende qualitative Analysen und quantitative Rechnungen im 2D Hubbard Model als auch in weiteren allgemeineren Systemen.
Die Numerische-Renormierungsgruppe (NRG) hat sich zu einem Standardwerkzeug zur Simulation von Quantenstörtstellensystemen bei tiefen Temperaturen entwickelt. Für solche Simulationen sind drei Schritte notwendig: das Bad wird logarithmisch diskretisiert, auf eine Wilson Kette abgebildet und diese wird iterativ diagonalisiert. Für die NRG existieren zahlreiche Erweiterungen, von denen zwei für diese Arbeit relevant sind: zum einen die Behandlung bosonischer Systeme und zum anderen die Untersuchung von zeitabhängingen Prozessen. Wir stellen fest, dass die bosonische NRG falsche kritische Exponenten für den Phasenübergang des Spin-Bose-Modells (SBM) liefert und dass bei Nicht-Gleichgewichtsrechnungen Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen eines kontinuierlichen und eines diskretisierten Bades bestehen. Durch die iterative Diagonalisierung der Wilson-Kette wird auf jeder Iterationsstufe eine Restkette vernachlässigt. Bei bosonischen Systemen führt dies zu einer iterationsabhängigen Renormierung der kritischen Kopplung. Anhand des Spin-Bose-Modells im sub-ohmischen Regime zeigen wir, dass dieser Effekt zu falschen kritischen Exponenten führt. Mit Dichtematrix-Renormierungsgruppe (DMRG) Rechnungen zeigen wir, dass man, unter Berücksichtigung der Restkette, die korrekten kritischen Exponenten bestimmen kann. Dies setzt eine optimierte bosonische Basis voraus, die wir während der DMRG variationell bestimmen. Anhand von Nicht-Gleichgewichtsberechnungen für das Resonant-Level-Model (RLM) zeigen wir, dass die logarithmische Baddiskretisierung zu unphysikalischen Ergebnissen der Störstellenbesetzung führt. Die Ursache hierfür führen wir auf interne Reflektionen einer Ladungswelle in der Wilson-Kette zurück. Um diese zu vermeiden, schlagen wir einen optimierten aus zwei aneinandergehängten Wilson-Ketten Kettenaufbau vor. Da es bei diesen Systemen keine klare Trennung der Energieskalen mehr gibt, ist die NRG nicht für die Berechnung solcher Systeme geeignet. Daher entwickeln wir eine neue Hybrid-Methode, bei der die NRG einen effektiven Niederenergie-Hamiltonoperator erzeugt, der anschließend mit der zeitabhängigen Dichtematrix-Renormierungsgruppe (TD-DMRG) simuliert wird. Durch dieses Schema erreicht man Zeitskalen, die sonst mit der TD-DMRG unerreichbar bleiben. Die neue Methode wird am RLM getestet. Als erste Anwendung der neuen Methode wird diese auf das wechselwirkende Resonant-Level-Modell (IRLM) angewendet. Bei diesem Modell beobachten wir durch die Wechselwirkung hervorgerufene Oszillationen und neue Zeitskalen, die keine thermodynamische Entsprechung haben. Die Ergebnisse der neuen Hybrid-Methode reproduzieren analytische Vorhersagen basierend auf einer 1/U Entwicklung. Die neue Hybrid-Methode liefert nicht nur in den Grenzwerten U gegen 0 und U gegen unendlich korrekte Ergebnisse, sondern ist im vollständigen Parameterregime anwendbar.
Die
Numerische-Renormierungsgruppe (NRG) hat sich zu einem
Standardwerkzeug zur Simulation von Quantenstortstellensystemen bei
tiefen Temperaturen entwickelt. Fur solche Simulationen sind drei
Schritte notwendig: das Bad wird logarithmisch diskretisiert, auf
eine Wilson Kette abgebildet und diese wird iterativ
diagonalisiert. Fur die NRG existieren zahlreiche Erweiterungen,
von denen zwei fur diese Arbeit relevant sind: zum einen die
Behandlung bosonischer Systeme und zum anderen die Untersuchung von
zeitabhangingen Prozessen. Wir stellen fest, dass die bosonische
NRG falsche kritische Exponenten fur den Phasenubergang des
Spin-Bose-Modells (SBM) liefert und dass bei
Nicht-Gleichgewichtsrechnungen Diskrepanzen zwischen den
Ergebnissen eines kontinuierlichen und eines diskretisierten Bades
bestehen. Durch die iterative Diagonalisierung der Wilson-Kette
wird auf jeder Iterationsstufe eine Restkette vernachlassigt. Bei
bosonischen Systemen fuhrt dies zu einer iterationsabhangigen
Renormierung der kritischen Kopplung. Anhand des Spin-Bose-Modells
im sub-ohmischen Regime zeigen wir, dass dieser Effekt zu falschen
kritischen Exponenten fuhrt. Mit Dichtematrix-Renormierungsgruppe
(DMRG) Rechnungen zeigen wir, dass man, unter Berucksichtigung der
Restkette, die korrekten kritischen Exponenten bestimmen kann. Dies
setzt eine optimierte bosonische Basis voraus, die wir wahrend der
DMRG variationell bestimmen. Anhand von
Nicht-Gleichgewichtsberechnungen fur das Resonant-Level-Model (RLM)
zeigen wir, dass die logarithmische Baddiskretisierung zu
unphysikalischen Ergebnissen der Storstellenbesetzung fuhrt. Die
Ursache hierfur fuhren wir auf interne Reflektionen einer
Ladungswelle in der Wilson-Kette zuruck. Um diese zu vermeiden,
schlagen wir einen optimierten aus zwei aneinandergehangten
Wilson-Ketten Kettenaufbau vor. Da es bei diesen Systemen keine
klare Trennung der Energieskalen mehr gibt, ist die NRG nicht fur
die Berechnung solcher Systeme geeignet. Daher entwickeln wir eine
neue Hybrid-Methode, bei der die NRG einen effektiven
Niederenergie-Hamiltonoperator erzeugt, der anschliesend mit der
zeitabhangigen Dichtematrix-Renormierungsgruppe (TD-DMRG) simuliert
wird. Durch dieses Schema erreicht man Zeitskalen, die sonst mit
der TD-DMRG unerreichbar bleiben. Die neue Methode wird am RLM
getestet. Als erste Anwendung der neuen Methode wird diese auf das
wechselwirkende Resonant-Level-Modell (IRLM) angewendet. Bei diesem
Modell beobachten wir durch die Wechselwirkung hervorgerufene
Oszillationen und neue Zeitskalen, die keine thermodynamische
Entsprechung haben. Die Ergebnisse der neuen Hybrid-Methode
reproduzieren analytische Vorhersagen basierend auf einer 1/U
Entwicklung. Die neue Hybrid-Methode liefert nicht nur in den
Grenzwerten U gegen 0 und U gegen unendlich korrekte Ergebnisse,
sondern ist im vollstandigen Parameterregime anwendbar.%%%%Since
its proposal in 1975 the numerical renormalization group (NRG) has
developed to a widely used standard tool to simulate quantum
impurity system (QISs) at low temperatures. The…
Diese Thesis befasst sich mit dem Problem korrelierter Elektronensysteme in realen Materialien. Ausgangspunkt hierbei ist die quantenmechanische Beschreibung dieser Systeme im Rahmen der sogenannten Kohn-Scham Dichtefunktionaltheorie, welche die Elektronen der Kristallsysteme als effektiv nicht-wechselwirkende Teilchen beschreibt. Während diese Modellierung im Falle vieler Materialklassen erfolgreich ist, unterscheiden sich die korrelierten Elektronensysteme dadurch, dass der kollektive Charakter der Elektronendynamik nicht zu vernachlässigen ist. Um diese Korrelationseffekte genauer zu untersuchen, verwenden wir in dieser Arbeit das Hubbard-Modell, welches mit der projektiven Wannierfunktionsmethode aus der Kohn-Scham Dichtefunktionaltheorie konstruiert werden kann. Das Hubbard-Modell umfasst hierbei nur die lokale Elektron-Elektron-Wechselwirkung auf einem Gitter. Auch wenn das Modell augenscheinlich sehr simpel ist, existieren exakte Lösungen nur in bestimmten Grenzfällen. Dies macht die Entwicklung approximativer Ansätze erforderlich, wobei die Weiterentwicklung der sogenannten Two-Particle Self-Consistent Methode (TPSC) eine zentrale Rolle dieser Arbeit einnimmt. Bei TPSC handelt es sich um eine Vielteilchenmethode, die in der Sprache funktionaler Ableitungen und sogenannter conserving approximations hergeleitet werden kann. Der zentrale Gedanke dabei ist, den effektiven Wechselwirkungsvertex als statisch und lokal zu approximieren. Dies wiederum erlaubt die Bewegungsgleichung des Systems erheblich zu vereinfachen, sodass eine numerische approximative Lösung des Hubbard-Modells möglich wird. Vorsetzung hierbei ist nur, dass sich das System in der normalleitenden Phase befindet und die bei Phasenübergängen entstehenden Fluktuationen nicht zu groß sind. Während diese Methode ursprünglich von Y. M. Vilk und A.-M. Tremblay für das Ein-Orbital Hubbard-Modell entwickelt wurde, stellen wir in dieser Arbeit eine Erweiterung auf Viel-Orbital-Systeme vor. Im Falle mehrerer Orbitale treten in der TPSC-Herleitung einzelne Komplikationen auf, die mit weiteren Approximationen behandelt werden müssen. Diese werden anhand eines einfachen Zwei-Orbital Modell-Systems diskutiert und die TPSC-Ergebnisse werden darüber hinaus mit den Ergebnissen der etablierten dynamischen Molekularfeldnährung verglichen. In diesem Zusammenhang werden auch mögliche zukünftige Erweiterungen bzw. Verbesserungen von TPSC diskutiert. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Anwendung von TPSC auf reale Materialien. In diesem Zusammenhang werden in dieser Arbeit die supraleitenden Eigenschaften der organischen K-(ET)2X Systeme untersucht. Hierbei lassen die TPSC-Resultate darauf schließen, dass das populäre Dimer-Modell, welches zur Beschreibung dieser Materialien herangezogen wird, nicht genügt um die experimentell bestimmten kritischen Temperaturen zu erklären und dass das komplexere Molekülmodell weitere exotische supraleitende Lösungen zulässt. Schließlich untersuchen wir außerdem die elektronischen Eigenschaften des eisenbasierten Supraleiters LiFeAs und diskutieren inwieweit nicht-lokale Korrelationseffekte, welche durch TPSC aufgelöst werden können, die experimentellen Daten reproduzieren.
Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung feldtheoretischer Methoden zur Untersuchung stark korrelierter Vielteilchensysteme. In diesen stark korrelierten Systemen treten aufgrund des kollektiven Verhaltens der einzelnen Freiheitsgrade neue physikalische Effekte auf. Das theoretische Verstaändnis dieser Systeme erfordert häufig computergestützte Rechenverfahren zur Lösung von interagierenden Vielteilchenmodellen frei von jedweden Approximationen. Im ersten Teil der Arbeit verwenden wir klassische Monte-Carlo-Simulationen in Kombination mit einem Renormalisierungsgruppenansatz, um die Existenz der “scratched”-XY-Universalitätsklasse eindeutig zu beweisen. Diese Universalitätsklasse beschreibt den kontinuierlichen Phasenübergang aus einer kritischen suprafluiden Phase in Systemen, welche eine zweidimensionale hydrodynamische Beschreibung erlauben, durch einen Mechanismus grundlegend verschieden von dem Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Scenario, welches von topologischen Defekten getrieben wird. Dazu untersuchen wir den suprafluiden Phasenübergang bei endlicher Temperatur in einem modifizierten, zweidimensionalen, klassischen XY-Modell mit eindimensionalen Störstellen deren Stärken nach einem Potenzgesetz verteilt sind. Wenn der Exponent abnimmt, nimmt die Be- deutung der Störstellen zu und der Mechanismus, welcher den Phasenübergang treibt, wechselt von der Proliferation von Vortex–Anti-Vortex Paaren zu der “scratched”-XY-Kritikalität, welche durch einen nicht universellen Sprung des suprafluiden Responsekoeffizienten gekennzeichnet ist. Die Existenz der “scratched”-XY-Kritikalität bei endlicher Temperatur und ihre Beschreibung durch eine asymptotisch exakte Semi-Renormalisierungsgruppentheorie, welche zuvor für den Suprafluid-Isolator Phasenübergang in eindimensionalen Quantensystemen mit starken Störstellen entwickelt wurde, wird numerisch in einem speziell dafür entworfenen Modell bewiesen, welches minimale Korrekturen durch endliche Systemgrößen aufweist. Im zweiten Teil der Dissertation wird ein neuer analytischer sowie rechnerischer Ansatz zur Untersuchung stark korrelierter Vielteilchensysteme entwickelt. Anstatt die Lösung von Vielteilchenmodellen ausgehend von einem funktionalem Integral aufzubauen, wie z.B. in Pfadintegral-Quantum-Monte-Carlo-Simulationen und diagrammatischen Monte-Carlo-Berechnungen, schlagen wir die Verwendung funktionaler Integro-Differentialgleichungen vor, welche ausgehend von der Dyson-Schwinger-Gleichung hergeleitet werden. Diese funktionale Integro-Differentialgleichung wird ohne jedwede Approximation mit einem Homotopie-Ansatz gelöst, insbesondere wird dabei die “homotopy analysis method” eingeführt. In diesem Ansatz gibt es die Möglichkeit, die funktionalen Ableitungen exakt zu behandeln und damit leistungsfähige Reihenentwicklungen durchzuführen, welche sich grundlegend von herkömmlichen Reihenentwicklungen in der Strörungstheorie unterscheiden, d.h., die resultierende Homotopieserie überwindet die üblichen Paradigmen störungstheoretischer Ansätze in der Quantenfeldtheorie. Auf diese Weise können wir eine vollständige Lösung der Dyson-Schwinger-Gleichung für das φ4 Modell auf einem zwei dimensionalem Gitter in seinem stark korrelierten Bereich nahe eines Phasenübergangs zweiter Ordnung erzielen. Um zu diesem Ergebnis ohne jedwede Vereinfachung zu gelangen, entwickeln wir die Expansion der “homotopy analysis method” in Form von Baumdiagrammen, welches das Speicherproblem von Korrelationsfunktionen höherer Ordnung, wie z.B. der Vier-Punkt-Vertexfunktion, löst. In Analogie zu diagrammatischen Monte-Carlo Algorithmen führen wir einen Monte-Carlo-Algorithmus ein, um alle möglichen Baumdiagramme aufzusummieren, sodass die Homotopieserie auch zu höheren Ordungen ausgewertet werden kann.
Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung und Kombination verschiedener numerischer Methoden, sowie deren Anwendung auf Probleme stark korrelierter Elektronensysteme. Solche Materialien zeigen viele interessante physikalische Eigenschaften, wie z.B. Supraleitung und magnetische Ordnung und spielen eine bedeutende Rolle in technischen Anwendungen. Es werden zwei verschiedene Modelle behandelt: das Hubbard-Modell und das Kondo-Gitter-Modell (KLM). In den letzten Jahrzehnten konnten bereits viele Erkenntnisse durch die numerische Lösung dieser Modelle gewonnen werden. Dennoch bleibt der physikalische Ursprung vieler Effekte verborgen. Grund dafür ist die Beschränkung aktueller Methoden auf bestimmte Parameterbereiche. Eine der stärksten Einschränkungen ist das Fehlen effizienter Algorithmen für tiefe Temperaturen.rnrnBasierend auf dem Blankenbecler-Scalapino-Sugar Quanten-Monte-Carlo (BSS-QMC) Algorithmus präsentieren wir eine numerisch exakte Methode, die das Hubbard-Modell und das KLM effizient bei sehr tiefen Temperaturen löst. Diese Methode wird auf den Mott-Übergang im zweidimensionalen Hubbard-Modell angewendet. Im Gegensatz zu früheren Studien können wir einen Mott-Übergang bei endlichen Temperaturen und endlichen Wechselwirkungen klar ausschließen.rnrnAuf der Basis dieses exakten BSS-QMC Algorithmus, haben wir einen Störstellenlöser für die dynamische Molekularfeld Theorie (DMFT) sowie ihre Cluster Erweiterungen (CDMFT) entwickelt. Die DMFT ist die vorherrschende Theorie stark korrelierter Systeme, bei denen übliche Bandstrukturrechnungen versagen. Eine Hauptlimitation ist dabei die Verfügbarkeit effizienter Störstellenlöser für das intrinsische Quantenproblem. Der in dieser Arbeit entwickelte Algorithmus hat das gleiche überlegene Skalierungsverhalten mit der inversen Temperatur wie BSS-QMC. Wir untersuchen den Mott-Übergang im Rahmen der DMFT und analysieren den Einfluss von systematischen Fehlern auf diesen Übergang.rnrnEin weiteres prominentes Thema ist die Vernachlässigung von nicht-lokalen Wechselwirkungen in der DMFT. Hierzu kombinieren wir direkte BSS-QMC Gitterrechnungen mit CDMFT für das halb gefüllte zweidimensionale anisotrope Hubbard Modell, das dotierte Hubbard Modell und das KLM. Die Ergebnisse für die verschiedenen Modelle unterscheiden sich stark: während nicht-lokale Korrelationen eine wichtige Rolle im zweidimensionalen (anisotropen) Modell spielen, ist in der paramagnetischen Phase die Impulsabhängigkeit der Selbstenergie für stark dotierte Systeme und für das KLM deutlich schwächer. Eine bemerkenswerte Erkenntnis ist, dass die Selbstenergie sich durch die nicht-wechselwirkende Dispersion parametrisieren lässt. Die spezielle Struktur der Selbstenergie im Impulsraum kann sehr nützlich für die Klassifizierung von elektronischen Korrelationseffekten sein und öffnet den Weg für die Entwicklung neuer Schemata über die Grenzen der DMFT hinaus.
Das universelle Verhalten von Störstellen mit stark korrelierten Elektronen in einem Metall wird bewiesen. In solchen Systemen wechselwirken die lokalen, stark korrelierten Elektronen der Störstelle mit den niederenergetischen Teilchen-Loch-Anregungen des Metalls und bilden einen komplizierten Vielteilchen-Grundzustand. Alle Versuche, diesen Grundzustand, die elementaren Anregungen und die Energieskalen des universellen Verhaltens mit den sonst üblichen störungstheoretischen Methoden zu berechnen, sind gescheitert. In einigen Spezialfällen gelingt mit Hilfe des Bethe-Ansatzes oder der numerischen Renormierungsgruppe eine Bestimmung der Thermodynamik eines Modellsystems, das aber nicht direkt mit dem ursprünglichen System in Verbindung gebracht werden kann. Daher stellt sich die Frage, wie man das universelle Verhalten von solchen Systemen systematisch beschreiben kann. Die zentralen Aussagen dieser Dissertation lauten: 1. Die Energieskalen eines Systems mit Störstellen lassen sich mit Hilfe einer Diagrammtechnik exakt berechnen. 2. Der Störstellen-Anteil jeder Observablen skaliert im universellen Limes mit der gleichen Energie. 3. Allein die Diagrammstruktur liefert ein Kriterium dafür, wann eine Näherung das universelle Verhalten bewahrt. Die hier benutzte Diagrammtechnik für Störstellen in Metallen wird neu und vereinfacht hergeleitet. Die Zusammenfassung der Diagramme in Klassen von Skelettdiagrammen führt auf ein Variationsprinzip für ein erzeugendes Funktional. Der Störstellen-Anteil der jeweiligen Observablen ergibt sich am Sattelpunkt des Funktionals bezüglich der Variation nach den ionischen Propagatoren. Diese Methode stammt von Luttinger und Ward. In dieser Dissertation wird die Information benutzt, wie die Skelettdiagramme strukturiert sind. Der entscheidende Punkt ist, dass man die Parameter-Abhängigkeit der Propagatoren im erzeugenden Funktional am Sattelpunkt ignorieren kann: Sie wird nur durch die Struktur der Skelettdiagramme bestimmt. Die Skelettdiagramme können so allein aufgrund ihrer Struktur nach der inversen Bandbreite klassifiziert werden. Nur eine als relevant bezeichnete Mindestmenge der Skelettdiagramme bestimmt die exakten Energieskalen des Systems, ohne das Modell vorher gelöst zu haben. Dies ergibt die erste Aussage. Eine Observable ergibt sich stets als Antwort des Systems auf ein entsprechendes äusseres Feld. Es wurde gezeigt, dass es nicht von der Observablen abhängt, welche Skelettdiagramme relevant sind. So kann man zeigen, dass der Störstellen-Anteil jeder Observablen mit der gleichen Energieskala skaliert. Dies ergibt die zweite Aussage. Die relevanten Skelettdiagramme beschreiben damit das universelle Verhalten der Störstelle und garantieren eine systematische Näherung für die Thermodynamik und die Dynamik der Störstelle. Berücksichtigt man noch weitere Skelettdiagramme, so verhalten sich die damit berechneten Störstellen-Anteile von Observablen genau dann universell, wenn ganze Familien von Skelettdiagrammen mitgenommen werden. Diese Skelettdiagramme ändern nichts an der Energieskala. Dies ergibt die dritte Aussage. Für das Anderson-Modell Störstelle in einem Metall ergeben die relevanten Skelettdiagramme gerade die sogenannte non-crossing-approximation (NCA). Daher beschreibt die NCA das universelle Verhalten des Anderson-Modells qualitativ richtig. Skelettdiagramme höherer Ordnung ändern das Bild nicht qualitativ. Bisher war es unerklärlich, warum die NCA mit den Resultaten der numerischen Renormierungsgruppe so gut übereinstimmt. Die Erklärung findet sich im exakten Skalierungsverhalten der NCA, das hier gezeigt wurde. Um das Verfahren zu testen, haben wir für das Anderson-Modell im magnetischen Limes das crossover untersucht. Für hohe Temperaturen oder Magnetfelder verhält sich das magnetische Moment der Störstelle asymptotisch frei, während es für tiefe Temperaturen durch niederenergetische Teilchen-Loch-Anregungen des Fermi-Sees abgeschirmt wird. Dieses crossover vom perturbativen Hochtemperatur- zum nichtperturbativen Niedertemperaturbereich wird durch die Wilson-Zahl charakterisiert. Hier wird die Wilson-Zahl zum ersten Mal mit einer Diagrammtechnik (NCA) berechnet. Das Ergebnis stimmt im Rahmen der Näherung mit dem als exakt postulierten Resultat überein. Um das universelle Verhalten anderer Observablen zu demonstrieren, wurde sodann für das Anderson-Modell zum ersten Mal explizit gezeigt, dass das Einteilchen-Anregungsspektrum - und damit die Abrikosov-Suhl-Resonanz - richtig skaliert, wenn man es mit Hilfe der NCA berechnet. Die vorgestellte Methode ermöglicht es auch, für ein System mit Störstellen die Qualität von Näherungen zu beurteilen, ohne sie zuvor explizit lösen zu müssen.